JP5515177B2 - Shape recognition device - Google Patents

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Description

本発明は、物体の外面形状を表す3次元データから、その物体の外面形状の認識を行う形状認識装置に関する。   The present invention relates to a shape recognition device for recognizing an outer surface shape of an object from three-dimensional data representing the outer surface shape of the object.

上記のように構成された形状認識装置として特許文献1に記載のものがある。この形状認識装置は、車両のボディやドアパネル等のプレス加工品の表面の撮影画像を縞解析することによりプレス加工品の表面形状の全体の三次元計測データを生成する三次元計測コントロールユニットを備え、歪評価装置も備えている。   There exists a thing of patent document 1 as a shape recognition apparatus comprised as mentioned above. This shape recognition device includes a three-dimensional measurement control unit that generates three-dimensional measurement data of the entire surface shape of a pressed product by performing fringe analysis on a photographed image of the surface of the pressed product such as a vehicle body or a door panel. A strain evaluation device is also provided.

形状認識装置は、近似曲線適用手段、曲率導出手段、一様範囲決定手段、近似曲線導出手段を備えている。近似曲線適用手段は、三次元計測データから断面の長さ方向に生成した二次元データのうち、断面の長さ方向に沿った複数の第1データ群について、その曲線に対応するサークルの一部の区間を対応させることにより、曲線に複数のサークルを対応させる。曲率導出手段は各サークルの曲率を求めて第1近似曲線を生成する。次に、一様範囲決定手段が、第1近似曲線から一様な範囲を決定し、近似曲線導出手段が、一定の曲率を有する第2近似曲線を導出する。尚、この曲率はサークルの半径の逆数である。   The shape recognition apparatus includes an approximate curve applying unit, a curvature deriving unit, a uniform range determining unit, and an approximate curve deriving unit. The approximate curve applying means is a part of a circle corresponding to the curve of a plurality of first data groups along the length direction of the cross section among the two-dimensional data generated from the three-dimensional measurement data in the length direction of the cross section. A plurality of circles are made to correspond to the curve by associating the sections. The curvature deriving unit obtains the curvature of each circle and generates a first approximate curve. Next, the uniform range determining means determines a uniform range from the first approximate curve, and the approximate curve deriving means derives a second approximate curve having a certain curvature. This curvature is the reciprocal of the radius of the circle.

次に、歪評価装置が、第2近似曲線からの逸脱量が設定許容範囲以上であるデータを歪みデータとして、歪データ抽出手段が抽出する。つまり、この特許文献1では曲線の各部の形状を所定半径のサークルの円弧の集合として捉え、このサークルの円弧の集合に基づいて第2近似曲線を生成し、この第2近似曲線を基準として曲率が逸脱する領域に歪みが存在すると判定している。   Next, the distortion evaluation device extracts the distortion data extraction means using the data whose deviation from the second approximate curve is equal to or larger than the set allowable range as distortion data. In other words, in Patent Document 1, the shape of each part of the curve is regarded as a set of arcs of a circle having a predetermined radius, a second approximate curve is generated based on the set of arcs of the circle, and the curvature is based on the second approximate curve. It is determined that there is distortion in a region where the deviation is from.

車両のボディやドアパネル等のプレス加工品の表面の歪検出処理を考えると、例えば、加工品の理想的な表面形状を示すCADデータ(例えば、金型のCADデータ)等の3次元データと比較することが考えられる。しかしながら、プレス加工品では、加工直後にスプリングバックにより少し形状が膨らむ方向に変形するのが普通であり、CADデータと比較することで表面の歪みを検出することは、CADデータとの相対的な位置決めの精度の面も含めて実用面で困難な場合がある。   Considering the surface strain detection processing of press-processed products such as vehicle bodies and door panels, for example, comparison with 3D data such as CAD data (for example, CAD data of molds) indicating the ideal surface shape of the processed product It is possible to do. However, in a press-processed product, the shape is usually deformed in a direction in which the shape slightly swells immediately after processing due to the spring back, and detection of surface distortion by comparing with CAD data is relative to CAD data. It may be difficult in practical use, including the accuracy of positioning.

そこで、特許文献1に記載されるように、計測対象の表面を撮影して作り出した三次元データを所定方向に切断した際の二次元断面データから計測対象の表面の各部の曲率を求め、一様となる曲率と、各部の曲率との比較により、その曲率が逸脱する領域に歪みがあると判定するものが有効となる。   Therefore, as described in Patent Document 1, the curvature of each part of the surface of the measurement target is obtained from the two-dimensional cross-sectional data when the three-dimensional data created by photographing the surface of the measurement target is cut in a predetermined direction. It becomes effective to determine that there is distortion in a region where the curvature deviates from the comparison between the curvature of each part and the curvature of each part.

つまり、自動車のボディやドアパネルでは、設計された曲線と比較して全体的に湾曲するように歪んでいても、視覚的には歪みと感ずることは殆どなく、一部に窪みや突出部がある場合には、その窪み量や突出量が小さくても視覚的に歪みと感ずることが多い。このような課題に対し、特許文献1に記載される装置では、一様となる曲率が計測対象のベースとなる形状に対応するものであり、このベースになる形状を基準として各部の曲率を比較するものであるため、局部的な歪みの検出を可能にすると云う良好な面を現出するものであった。   In other words, even if the car body or door panel is distorted so as to be curved as a whole compared to the designed curve, there is almost no visual sense of distortion, and there are some depressions and protrusions. In some cases, even if the amount of depressions or protrusions is small, it often feels visually distorted. With respect to such a problem, in the apparatus described in Patent Document 1, the uniform curvature corresponds to the shape of the base to be measured, and the curvature of each part is compared based on the shape of the base. As a result, a good aspect has been revealed that local distortion can be detected.

しかしながら、特許文献1に記載されるように、二次元断面データの長さ方向に短い間隔でサンプル点を設定し、夫々のサンプル点についてサークルを近似させるものでは、多数のサンプル点が直線状に並ぶ形状である場合には、サークルの半径が極めて大きい値となり処理の負担が大きくなりやすい。   However, as described in Patent Document 1, when sample points are set at short intervals in the length direction of two-dimensional cross-sectional data and a circle is approximated for each sample point, a large number of sample points are linear. In the case of a line-up shape, the radius of the circle becomes a very large value, and the processing load tends to increase.

また、サンプル点が描く形状曲線が上に凸と成る場合と下に凸となる場合では、サークルの中心座標が大きく異なることから、例えば、形状曲線の変曲点の近傍では、形状曲線をサークルで近似する場合に、変曲点を基準にして形状曲線の一方の部位を近似するサークルの中心座標が設定された後に、変曲点を基準に曲線の他方の部位を近似するサークルの中心座標の位置が大きく切り換わるものとなり、必然的に大きい数値を扱わねばならず、処理の負担となり易く改善の余地があった。   In addition, when the shape curve drawn by the sample point is convex upward or downward, the center coordinates of the circle are greatly different. For example, in the vicinity of the inflection point of the shape curve, the shape curve is When the center coordinates of the circle that approximates one part of the shape curve are set based on the inflection point, and the center coordinates of the circle that approximates the other part of the curve based on the inflection point Since the position of the switch is greatly changed, a large numerical value has to be handled inevitably, which tends to be a burden of processing, and there is room for improvement.

計測対象物の表面において、比較的狭い領域において大きい曲率で形状が変化する部位が存在する場合には、サンプル点の位置関係によって正確な曲率を求めることが出来ないことも多い。これはサンプル点の間隔が長いほど誤差を招きやすいことから説明が可能であり、この不都合を解消するためにサンプル点の間隔を短くすることも考えられる。しかしながら、サンプル点の間隔を短くした場合にはデータ量の増大を招き、外形曲線の近似を行う際の処理時間も長くなり現実的でない。   When there is a portion whose shape changes with a large curvature in a relatively narrow region on the surface of the measurement object, it is often impossible to obtain an accurate curvature due to the positional relationship between the sample points. This can be explained because the longer the interval between the sample points, the more likely it is to introduce an error. In order to eliminate this inconvenience, the interval between the sample points may be shortened. However, if the interval between the sample points is shortened, the amount of data increases, and the processing time for approximating the outline curve becomes longer, which is not realistic.

そこで、3次元データが表わす外面形状において、所定値を超える曲率を含む領域を除外した後に大きい曲率の影響を排除した2次元データを生成し、3次元データの曲率を取得することが考えられる。   Accordingly, it is conceivable to obtain the curvature of the three-dimensional data by generating the two-dimensional data excluding the influence of the large curvature after excluding the region including the curvature exceeding the predetermined value in the outer surface shape represented by the three-dimensional data.

例えば、ドアパネルに設けられた座面のように、計測対象物の表面に比較的狭い領域において、大きい曲率で形状が変化する部位が存在する場合には、サンプル点の位置関係によって正確な曲率を求めることができないことも多い。そのため、上記従来技術のように、予め、所定値を超える曲率を有する領域については、データを除外してしまうことで、本来の形状に対応した曲率を取得することが行われている。   For example, when there is a part whose shape changes with a large curvature in a relatively narrow area on the surface of the measurement object, such as a seating surface provided on a door panel, an accurate curvature can be obtained depending on the positional relationship of the sample points. There are many things that cannot be requested. For this reason, as in the above-described prior art, for a region having a curvature exceeding a predetermined value, the curvature corresponding to the original shape is acquired by excluding data.

しかしながら、所定値以上の曲率を単に除外する設定では、実際に除外したい領域のみを適切に除外処理することはできない。これは、大きい曲率で形状が変化する部位の周囲は、比較的なだらかな曲率として計算される傾向にある。そのため、所定値(閾値)を低めに設定することが考えられるが、閾値を低めに設定すると、本来除外すべきでない部分も除外される恐れがある。ゆえに、閾値は高めに設定せざるを得ず、除外したい領域すべてを適切に除外することができなかった。   However, in the setting of simply excluding a curvature greater than a predetermined value, it is not possible to appropriately exclude only the area that is actually desired to be excluded. This tends to be calculated as a relatively gentle curvature around the part where the shape changes with a large curvature. For this reason, it is conceivable to set the predetermined value (threshold value) to a low value. However, if the threshold value is set to a low value, parts that should not be excluded may be excluded. Therefore, the threshold value has to be set high, and all the regions to be excluded cannot be appropriately excluded.

特開2007‐127610号公報JP 2007-127610 A

本発明の目的は、上記問題に鑑み、2次元構造の断面データが表す形状曲線を近似するための処理を簡単に行うことが可能な形状認識装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a shape recognition device that can easily perform processing for approximating a shape curve represented by cross-sectional data of a two-dimensional structure.

上記目的を達成するための本発明に係る形状認識装置の特徴構成は、物体の外面形状を表す3次元データから、その物体の外面形状の認識を行うため、前記3次元データが表わす外面形状の曲率が予め設定された第1所定値を超える領域を抽出する曲率除外領域抽出手段と、前記領域の抽出に用いた前記外面形状の曲率の変化量を演算し、当該変化量が予め設定された第2所定値を超える領域を抽出する変化量除外領域抽出手段と、前記曲率除外領域抽出手段により抽出された領域と前記変化量除外領域抽出手段により抽出された領域との双方を除外領域として設定する除外領域設定手段と、前記3次元データにおける所定の設定領域の形状を詳細に反映した詳細形状データと、前記所定の設定領域の形状を前記詳細形状データよりも粗く反映したベース形状データとを取得すると共に、夫々の形状データから前記除外領域に含まれるデータを除外して夫々の修正形状データを生成し、前記夫々の修正形状データの曲率に基づいて前記外面形状の歪値を抽出する形状評価手段と、を備える点にある。   The feature configuration of the shape recognition apparatus according to the present invention for achieving the above object is to recognize the outer surface shape of the object from the three-dimensional data representing the outer surface shape of the object. Curvature exclusion region extraction means for extracting a region where the curvature exceeds a preset first predetermined value, and the amount of change in curvature of the outer surface shape used for the extraction of the region is calculated, and the amount of change is preset A change amount exclusion region extraction unit for extracting a region exceeding the second predetermined value, and both the region extracted by the curvature exclusion region extraction unit and the region extracted by the change amount exclusion region extraction unit are set as exclusion regions. Exclusion region setting means for performing the processing, detailed shape data reflecting in detail the shape of the predetermined setting region in the three-dimensional data, and the shape of the predetermined setting region being rougher than the detailed shape data And generating the respective corrected shape data by excluding the data included in the exclusion region from the respective shape data, and based on the curvature of the respective corrected shape data, And a shape evaluation means for extracting a strain value.

このような特徴構成とすれば、曲率除外領域抽出手段が第1所定値を超える曲率を有する領域を曲率除外領域として設定し、当該曲率除外領域に隣接する隣接領域において、変化量除外領域抽出手段が第2所定値を超える曲率の変化量を含む領域を変化量除外領域として抽出することができる。これにより、曲率が大きく変化する領域と曲率が大きく変化しない領域とを曲率除外領域抽出手段により容易に区分けすることが可能となり、曲率除外領域に隣接する隣接領域においては、曲率の変化量が急変する急変部を変化量除外領域抽出手段により正確に区分けすることが可能となる。除外領域設定手段は、このように区分けされた2つの領域の論理和を除外領域として設定するので、曲率が大きく変化する領域に隣接する、曲率が大きく変化しない領域において曲率の変化量が急変する急変部を的確に考慮して除外領域を設定することが可能となる。このため、曲率が急変するような形状からなるデザインを有する物体の外面形状であっても、当該デザインを除外した上で物体の外面形状の歪認識処理を適切に行うことができる。したがって、歪認識性能の向上を図ることが可能となる。   With such a characteristic configuration, the curvature exclusion region extraction unit sets a region having a curvature exceeding the first predetermined value as the curvature exclusion region, and the change amount exclusion region extraction unit in the adjacent region adjacent to the curvature exclusion region Can be extracted as a change amount exclusion region including a change amount of curvature exceeding the second predetermined value. As a result, it is possible to easily distinguish a region where the curvature greatly changes from a region where the curvature does not change greatly by the curvature exclusion region extraction unit, and the amount of change in curvature changes suddenly in the adjacent region adjacent to the curvature exclusion region. It is possible to accurately classify the sudden change portion to be performed by the change amount exclusion region extraction means. Since the exclusion area setting means sets the logical sum of the two areas thus divided as the exclusion area, the amount of change in the curvature changes abruptly in an area adjacent to the area where the curvature changes greatly and where the curvature does not change significantly. It is possible to set the exclusion region in consideration of the sudden change portion. For this reason, even if it is the outer surface shape of the object which has a design which has a shape whose curvature changes suddenly, it is possible to appropriately perform the distortion recognition processing of the outer surface shape of the object after excluding the design. Therefore, it is possible to improve the distortion recognition performance.

3次元計測システムの全体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole three-dimensional measuring system. 3次元計測システムのブロック回路図である。It is a block circuit diagram of a three-dimensional measurement system. 形状認識装置のブロック回路図であるIt is a block circuit diagram of a shape recognition device 評価処理ルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of an evaluation process routine. 計測対象と座標系とを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a measuring object and a coordinate system. 計測対象の側面図である。It is a side view of a measuring object. データ変換処理部における変換形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conversion form in a data conversion process part. 除外領域の設定について模式的に示す図である。It is a figure which shows typically about the setting of an exclusion area | region. 切り出された3次元データの点群の高さ値を反映させる際の2種の領域のサイズを示す図である。It is a figure which shows the size of two types of area | regions when reflecting the height value of the point group of the cut-out three-dimensional data. 切り出しにより取得された3次元データの表面形状を示す図である。It is a figure which shows the surface shape of the three-dimensional data acquired by cutting out. 除外領域を設定する際の処理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the process at the time of setting an exclusion area | region. 曲率の差から歪値を取得する際の処理を示す図である。It is a figure which shows the process at the time of acquiring a distortion value from the difference in curvature.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔システム構成〕
図1及び図2に示すように、先端にデジタルカメラを有する撮影ユニットVを備えた多関節型のロボットハンドHと、このロボットハンドHを制御するロボットハンドコントローラAと、撮影ユニットVで撮影した計測対象物Tの画像データを取得する画像取得ユニットBと、この画像取得ユニットBから画像データを取得し物体の外面形状の歪を抽出して出力する形状認識装置Cを備えて3次元計測システムが構成されている。このような構成からなる形状認識装置Cは、物体の外面形状を表す3次元データから、その物体の外面形状の認識を行う機能を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔System configuration〕
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, an image is taken with an articulated robot hand H having a photographing unit V having a digital camera at the tip, a robot hand controller A that controls the robot hand H, and a photographing unit V. A three-dimensional measurement system including an image acquisition unit B that acquires image data of a measurement target T, and a shape recognition device C that acquires image data from the image acquisition unit B, extracts the distortion of the outer shape of the object, and outputs the distortion. Is configured. The shape recognition apparatus C having such a configuration has a function of recognizing the outer surface shape of the object from the three-dimensional data representing the outer surface shape of the object.

撮影ユニットVは、計測対象物Tの表面に対し投影レンズ1Lを介して格子パターンを投影するパターン投影装置1と、撮影レンズ2Lを介して計測対象物Tの表面の撮影を行うデジタル型のカメラ2とを備えている。ロボットハンドHは、複数のアーム部3と、夫々のアーム部3を独立して駆動する電動モータ4とを備え、ロボットハンドコントローラAが予めセットされたプログラムを実行することにより、撮影ユニットVで計測対象物Tを異なる方向から撮影する作動が行われ、計測対象物Tの表面全体の撮影を実現する。画像取得ユニットBは、撮影ユニットVで撮影された画像データの格子パターンから計測対象物Tの形状を判定し3次元画像を生成する。   The photographing unit V includes a pattern projection device 1 that projects a lattice pattern onto the surface of the measurement target T via the projection lens 1L, and a digital camera that photographs the surface of the measurement target T via the photographing lens 2L. 2 are provided. The robot hand H includes a plurality of arm units 3 and an electric motor 4 that drives each arm unit 3 independently. The robot hand controller A executes a preset program so that the imaging unit V The operation of photographing the measurement target T from different directions is performed, and the entire surface of the measurement target T is photographed. The image acquisition unit B determines the shape of the measurement target T from the lattice pattern of the image data photographed by the photographing unit V and generates a three-dimensional image.

ロボットハンドコントローラAは、コントロールプログラム5に従ってアーム部3を制御するアームコントロール手段6を備えている。画像取得ユニットBはカメラ2から画像データ取得手段7が画像データを取得し、この画像データから3次元画像生成手段8が3次元画像を生成する。画像データから3次元画像を生成する技術は特開2002−257528号公報や特開2004−317495号公報等に示されるように公知のものを用いており、このような処理を行うことにより、計測対象物Tの表面形状が3次元座標系で表される点群となる3次元画像が生成される。   The robot hand controller A includes arm control means 6 for controlling the arm unit 3 in accordance with the control program 5. In the image acquisition unit B, the image data acquisition means 7 acquires image data from the camera 2, and the three-dimensional image generation means 8 generates a three-dimensional image from this image data. As a technique for generating a three-dimensional image from image data, a known one is used as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-257528, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-317495, and the like. A three-dimensional image that is a point group in which the surface shape of the object T is represented in a three-dimensional coordinate system is generated.

形状認識装置Cは、ディスプレイd、キーボードk、マウスm等が接続する汎用コンピュータによって構成され、画像取得ユニットBから取得した3次元画像から計測対象物Tの表面の歪量を抽出して評価を行い、評価結果をディスプレイdに出力する。   The shape recognition device C is constituted by a general-purpose computer to which a display d, a keyboard k, a mouse m, and the like are connected. The shape recognition device C extracts the amount of distortion on the surface of the measurement target T from the three-dimensional image acquired from the image acquisition unit B and performs evaluation. The evaluation result is output to the display d.

〔制御構成〕
図2及び図3に示すように、形状認識装置Cは、データ取得手段11と、データ変換手段12と、ノイズ除去手段13と、曲率除外領域抽出手段14と、変化量除外領域抽出手段15と、除外領域設定手段16と、ベース形状データ生成手段17と、詳細形状データ生成手段18と、曲率取得手段19と、形状評価手段20と、評価画像生成手段21と、測定対象形状取得手段22とを備えている。
[Control configuration]
As shown in FIGS. 2 and 3, the shape recognition device C includes a data acquisition unit 11, a data conversion unit 12, a noise removal unit 13, a curvature exclusion region extraction unit 14, and a change amount exclusion region extraction unit 15. , Exclusion region setting means 16, base shape data generation means 17, detailed shape data generation means 18, curvature acquisition means 19, shape evaluation means 20, evaluation image generation means 21, and measurement target shape acquisition means 22 It has.

これら、データ取得手段11、データ変換手段12、ノイズ除去手段13、曲率除外領域抽出手段14、変化量除外領域抽出手段15、除外領域設定手段16、ベース形状データ生成手段17、詳細形状データ生成手段18、曲率取得手段19、形状評価手段20、評価画像生成手段21、測定対象形状取得手段22は形状認識装置Cとして機能する汎用コンピュータのストレージ上に展開されるソフトウエアで構成されるものであるが、これらをソフトウエアとロジック等のハードウエアとの組み合わせによって構成しても良く、ロジック等のハードウエアのみによって構成しても良い。   These data acquisition means 11, data conversion means 12, noise removal means 13, curvature exclusion area extraction means 14, change amount exclusion area extraction means 15, exclusion area setting means 16, base shape data generation means 17, detailed shape data generation means 18, the curvature acquisition means 19, the shape evaluation means 20, the evaluation image generation means 21, and the measurement target shape acquisition means 22 are configured by software developed on a storage of a general-purpose computer that functions as the shape recognition device C. However, these may be configured by a combination of software and hardware such as logic, or may be configured only by hardware such as logic.

〔制御形態〕
図4には、このような制御構成による制御のフローチャートが示され、制御構成の機能を当該フローチャートに示した制御の流れと併せて説明する。
[Control form]
FIG. 4 shows a flowchart of control based on such a control configuration, and the function of the control configuration will be described together with the control flow shown in the flowchart.

データ取得手段11は、通信ケーブルを介して画像取得ユニットBの3次元画像生成手段8で生成された3次元画像を取得する(#01ステップ)。形状認識装置Cでは、撮影ユニットVで撮影された画像から生成された3次元画像だけを処理対象とするのではなく、例えば、STLファイル等のデータ構造を有した3次元データを処理対象にすることも可能である。すなわち、計測対象となる外面表面に対応する点群から直接、ベース形状データ生成手段及び詳細形状データによってベース形状及び詳細形状データを算出することも可能である。   The data acquisition unit 11 acquires the 3D image generated by the 3D image generation unit 8 of the image acquisition unit B via the communication cable (Step # 01). In the shape recognition apparatus C, not only the 3D image generated from the image captured by the imaging unit V is processed, but 3D data having a data structure such as an STL file is processed. It is also possible. That is, the base shape and detailed shape data can be calculated directly from the point group corresponding to the outer surface to be measured by the base shape data generating means and the detailed shape data.

図5及び図6には、計測対象物T(物体の一例)としてドアパネルを示しており、このドアパネルを車体に備えた姿勢での前後方向をX軸方向とし、上下方向をY軸方向とし、幅方向をZとして示している。このドアパネルのパネル部分にはドアハンドル(図示せず)が装着される座面Taと開口Tbとが形成されている。   5 and 6 show a door panel as a measurement object T (an example of an object), the front-rear direction in a posture in which the door panel is provided on the vehicle body is the X-axis direction, the vertical direction is the Y-axis direction, The width direction is shown as Z. A seat surface Ta on which a door handle (not shown) is mounted and an opening Tb are formed in the panel portion of the door panel.

データ変換手段12は取得した3次元画像から計測対象物Tの表面形状を示す点群(Z座標値・高さ値を示す点の集まり)を設定ピッチのX−Y平面上の格子点上の点群に変換することで3次元データを生成する(#02ステップ)。つまり、データ取得手段11で取得した3次元画像の3次元座標系は、ドアパネルの前後方向・上下方向がX−Y軸方向と必ずしも一致するものではなく、外面形状を示す高さ値(Z方向での値)を示す点群のピッチも、この形状認識装置Cで処理するために適正な値とは云えない。   The data conversion means 12 sets a point group (a collection of points indicating the Z coordinate value / height value) indicating the surface shape of the measurement target T from the acquired three-dimensional image on a lattice point on the XY plane with a set pitch. Three-dimensional data is generated by converting to a point cloud (step # 02). That is, in the three-dimensional coordinate system of the three-dimensional image acquired by the data acquisition unit 11, the front-rear direction and the vertical direction of the door panel do not necessarily coincide with the XY axis direction, and the height value indicating the outer shape (Z direction) The pitch of the point cloud indicating the value at (1) cannot be said to be an appropriate value for processing by the shape recognition apparatus C.

このような理由からデータ変換手段12は、図7に示すように、計測対象物Tとしてのドアパネルの前後方向をX軸方向に設定し、上下方向をY軸方向に設定し、幅方向(ドアの厚さ方向)をZ軸方向に設定し、3次元画像データ値から3次元データ値を生成する。尚、データ変換手段12で生成された3次元データにおける点群とは、計測対象物Tの表面に存在する仮想点であり、3次元座標で位置が特定されるものを指す。   For this reason, as shown in FIG. 7, the data conversion means 12 sets the front / rear direction of the door panel as the measurement target T to the X-axis direction, sets the vertical direction to the Y-axis direction, and sets the width direction (door Is set in the Z-axis direction, and a three-dimensional data value is generated from the three-dimensional image data value. Note that the point group in the three-dimensional data generated by the data conversion unit 12 is a virtual point existing on the surface of the measurement target T, and indicates a point whose position is specified by three-dimensional coordinates.

このように生成される3次元データは、数mm未満の設定ピッチのX−Y平面を基準にして高さ値がZ座標として表されるデータ構造を有する。この変換を行う際には、データ取得手段11で取得した点群(同図では3次元画像値として示す)が存在しない領域における高さ値を求める処理が必要となるが、この処理として、例えば、バイリニア法や、ニアレストネイバー法のように隣接する点群の高さ値を反映させた高さ値を補間処理により新たに作り出すことになる。これらの処理が行われることにより、X−Y平面を基準にしてZ方向で高さ値が示される単純なデータ構造の3次元データが生成され、結果として、データ量を低減する。また、このデータ変換手段12ではSTLファイルのようにポリゴンを生成するデータを含むものでは、このデータを取り除く処理を行うことになる。   The three-dimensional data generated in this way has a data structure in which the height value is expressed as a Z coordinate with reference to an XY plane with a set pitch of less than several millimeters. When performing this conversion, it is necessary to obtain a height value in an area where the point cloud (shown as a three-dimensional image value in the figure) obtained by the data obtaining unit 11 does not exist. As in the bilinear method and the nearest neighbor method, height values reflecting the height values of adjacent point groups are newly created by interpolation processing. By performing these processes, three-dimensional data having a simple data structure whose height value is indicated in the Z direction with reference to the XY plane is generated, and as a result, the data amount is reduced. Further, the data conversion means 12 performs processing for removing this data including data for generating a polygon, such as an STL file.

ノイズ除去手段13は、3次元データに含まれるノイズを除去する(#03ステップ)。この除去では表面形状を示す複数の座標(高さ値)を、所定の領域毎について移動平均をとる処理が行われる。この処理により注目座標における高さ値が周辺の高さ値と比較してかけ離れた値である場合には、周辺の高さ値を反映した値に変換され、結果としてノイズが除去される。尚、このノイズ除去手段13によるノイズ除去の処理形態は、特許文献1に示されるように、表面形状を示す多数の点群の1つを特定点とし、その特定点の座標値(高さ値)と、これに隣接する点の座標値(高さ値)とを比較し、高さ値の差に基づいてスムージングの処理を行う等、移動平均を取る処理以外の処理形態であっても良い。   The noise removing unit 13 removes noise included in the three-dimensional data (Step # 03). In this removal, a process of taking a moving average of a plurality of coordinates (height values) indicating the surface shape for each predetermined region is performed. By this process, when the height value at the target coordinate is a value far from the surrounding height value, it is converted to a value reflecting the surrounding height value, and as a result, noise is removed. Note that, as shown in Patent Document 1, the noise removal processing form by the noise removing unit 13 is one of a large number of point groups indicating a surface shape as a specific point, and the coordinate value (height value) of the specific point. ) And the coordinate value (height value) of a point adjacent thereto, and a smoothing process may be performed based on the difference in height value. .

曲率除外領域抽出手段14は、曲率取得モジュールと、領域設定モジュールとを有し、曲率除外領域設定処理を行う(#04ステップ)。曲率取得モジュールは、ノイズが除去された3次元データを取得して曲率取得手段19に与えることで、この曲率取得手段19が3次元データから生成した2次元データの点群から算出した計測対象物Tの形状を示す曲率を取得する。このように取得された曲率の一例が図8(a)に示される。領域設定モジュールは、3次元データが表わす外面形状の曲率が予め設定された第1所定値を超える(曲線の半径が小さい)領域を抽出し、この領域や、この領域で取り囲まれる部位をX−Y座標系で位置が表される曲率除外領域に設定する(曲率取得手段18の処理形態は後述する)。このように設定された曲率除外領域が、図8(b)に示される。   The curvature exclusion area extraction unit 14 includes a curvature acquisition module and an area setting module, and performs a curvature exclusion area setting process (step # 04). The curvature acquisition module acquires the three-dimensional data from which noise has been removed and supplies it to the curvature acquisition means 19, whereby the measurement object calculated from the point group of the two-dimensional data generated from the three-dimensional data by the curvature acquisition means 19 A curvature indicating the shape of T is acquired. An example of the curvature obtained in this way is shown in FIG. The region setting module extracts a region where the curvature of the outer surface shape represented by the three-dimensional data exceeds a preset first predetermined value (the radius of the curve is small), and this region and a region surrounded by this region are X- A curvature exclusion region whose position is represented in the Y coordinate system is set (the processing form of the curvature acquisition means 18 will be described later). The curvature exclusion region set in this way is shown in FIG.

この処理では、曲率取得手段19によって計測対象物Tの外面形状の曲率を算出する処理が必須となり、できるだけ狭い領域毎の曲率を算出することが望ましい。   In this process, the process of calculating the curvature of the outer shape of the measurement target T by the curvature acquisition means 19 is essential, and it is desirable to calculate the curvature for each narrow region as much as possible.

この実施形態では曲率に基づいて曲率除外領域を設定しているが、曲率だけではなく、平均的な表面より設定量を超えて突出する部位や、設定量を超えて窪む領域があれば、これらを含む部位、あるいは、これらで取り囲まれる部位を曲率除外領域とするように領域設定モジュールの処理形態を設定しても良い。   In this embodiment, the curvature exclusion region is set based on the curvature, but not only the curvature, but if there is a part protruding beyond the set amount from the average surface, or a region recessed beyond the set amount, The processing mode of the region setting module may be set so that a portion including these or a portion surrounded by these is a curvature exclusion region.

変化量除外領域抽出手段15は、曲率取得モジュールと、特徴抽出モジュールと、領域設定モジュールとを有し、変化量除外領域設定処理を行う(#05ステップ)。曲率取得モジュールは、上述したものと同じであるので説明は省略する(図8(a)参照)。特徴抽出モジュールは、曲率取得モジュールにより取得された曲率から特徴を抽出する。曲率取得モジュールにより取得された曲率とは、上述の第1所定値を超える領域の抽出に用いた曲率である。曲率の特徴とは、曲率の変化量が相当する。このため、特徴抽出モジュールは、ハイパスフィルタを用いて構成される。ハイパスフィルタによりフィルタリングして取得された曲率の変化量が図8(c)に示される。これにより、曲率の変化量が大きい領域(急変部)と曲率の変化量が小さい領域とを正確に区分けすることが可能となる。領域設定モジュールは、外面形状の曲率の変化量が予め設定された第2所定値を超える領域を抽出し、この領域や、この領域で取り囲まれる部位をX−Y座標系で位置が表される変化量除外領域に設定する(曲率取得手段18の処理形態は後述する)。曲率の変化量を2値化したものが、図8(d)に示される。   The change amount exclusion area extraction unit 15 includes a curvature acquisition module, a feature extraction module, and an area setting module, and performs change amount exclusion area setting processing (step # 05). Since the curvature acquisition module is the same as that described above, the description thereof is omitted (see FIG. 8A). The feature extraction module extracts features from the curvature acquired by the curvature acquisition module. The curvature acquired by the curvature acquisition module is the curvature used for extraction of the region exceeding the first predetermined value. The curvature feature corresponds to the amount of change in curvature. For this reason, the feature extraction module is configured using a high-pass filter. The amount of change in curvature obtained by filtering with the high-pass filter is shown in FIG. As a result, it is possible to accurately distinguish a region (abrupt change portion) where the amount of change in curvature is large and a region where the amount of change in curvature is small. The region setting module extracts a region where the amount of change in curvature of the outer surface shape exceeds a second predetermined value set in advance, and the position of this region or a part surrounded by this region is represented in the XY coordinate system. The change amount exclusion region is set (the processing mode of the curvature acquisition unit 18 will be described later). FIG. 8D shows a binarized amount of change in curvature.

また、この実施形態でも曲率の変化量に基づいて変化量除外領域を設定しているが、曲率の変化量だけではなく、平均的な表面より設定量を超えて突出する部位や、設定量を超えて窪む領域があれば、これらを含む部位、あるいは、これらで取り囲まれる部位の変化量を変化量除外領域とするように領域設定モジュールの処理形態を設定しても良い。   Also, in this embodiment, the change amount exclusion region is set based on the change amount of the curvature, but not only the change amount of the curvature, but also the portion protruding beyond the set amount from the average surface and the set amount are set. If there is a region that is recessed beyond it, the processing mode of the region setting module may be set so that the change amount of the region including these or the region surrounded by these regions is set as the change amount exclusion region.

除外領域設定手段16は、領域設定モジュールを有し、除外領域設定処理を行う(#06ステップ)。除外領域設定手段16は、曲率除外領域抽出手段14により抽出された領域と変化量除外領域抽出手段15により抽出された領域との双方を除外領域として設定する。したがって、曲率除外領域と変化量除外領域との双方が、除外領域設定手段16により除外領域として設定される。このように設定された除外領域が、図8(e)に示される。   The exclusion area setting means 16 has an area setting module and performs exclusion area setting processing (step # 06). The exclusion area setting means 16 sets both the area extracted by the curvature exclusion area extraction means 14 and the area extracted by the change amount exclusion area extraction means 15 as exclusion areas. Therefore, both the curvature exclusion area and the change amount exclusion area are set as exclusion areas by the exclusion area setting means 16. The excluded area set in this way is shown in FIG.

本発明の形状認識装置Cでは、後述するようにベース形状データ生成手段17と詳細形状データ生成手段18とにおいてノイズが除去された3次元データから3次元データを切り出し、この3次元データの点群から切り出した領域の表面形状が反映される2次元データ構造の表面形状データを生成し、この表面形状データを曲率取得手段19に与える処理を行う。曲率取得手段19では与えられた表面形状データの点群から複数の曲率を算出し、ベース形状データ生成手段17と詳細形状データ生成手段18の夫々にフィードバックすることでベース形状データと詳細形状データとが生成される。   In the shape recognition device C of the present invention, as will be described later, the base shape data generation means 17 and the detailed shape data generation means 18 cut out three-dimensional data from the three-dimensional data from which noise has been removed, and point groups of this three-dimensional data The surface shape data having a two-dimensional data structure reflecting the surface shape of the region cut out from the image is generated, and the surface shape data is given to the curvature acquisition means 19. The curvature acquisition means 19 calculates a plurality of curvatures from the given point group of the surface shape data, and feeds back to the base shape data generation means 17 and the detailed shape data generation means 18, respectively. Is generated.

しかしながら、計測対象物Tの座面Taのように比較的狭い領域において大きい曲率で形状が変化する部位が存在する場合には、点群の位置と、計測対象物Tにおける現実の曲面との位置関係によっては正確な曲率を求めることが出来ないことも多い。このような領域を評価対象の領域に含めた場合には評価の精度低下を招くことから、計測対象物Tの外面形状の評価を行う際に精度低下を招く領域を除外するために、除外領域設定手段16が除外領域を設定する。   However, when there is a part whose shape changes with a large curvature in a relatively narrow region such as the seating surface Ta of the measurement target T, the position of the point cloud and the actual curved surface of the measurement target T Depending on the relationship, it is often impossible to obtain an accurate curvature. When such an area is included in the area to be evaluated, the accuracy of the evaluation is reduced. Therefore, in order to exclude an area that causes a decrease in accuracy when the outer shape of the measurement target T is evaluated, The setting means 16 sets an exclusion area.

ベース形状データ生成手段17と詳細形状データ生成手段18とは、3次元データ切り出しモジュールと、除外処理モジュールと、2次元データ化モジュールと、曲率取得モジュールとを有している。   The base shape data generation unit 17 and the detailed shape data generation unit 18 include a three-dimensional data extraction module, an exclusion processing module, a two-dimensional data conversion module, and a curvature acquisition module.

詳細形状データ生成手段18は、ノイズが除去された3次元データから設定幅の3次元データを切り出し、切り出した3次元データの表面形状が反映される2次元データ構造となる単一の表面形状データを生成し、この表面形状データから取得した複数の曲率で表される詳細形状データを生成する(#07ステップ)。   The detailed shape data generation means 18 cuts out three-dimensional data having a set width from the three-dimensional data from which noise has been removed, and single surface shape data having a two-dimensional data structure in which the surface shape of the cut-out three-dimensional data is reflected. And detailed shape data represented by a plurality of curvatures acquired from the surface shape data is generated (step # 07).

具体的な処理としては、3次元データ切り出しモジュールが、Y軸方向で設定幅となる領域の3次元データを切り出し、図9に示すようにX軸方向で第1設定間隔D1(30mm程度・第1設定範囲の一例)の範囲に含まれる点群をZ座標(高さ値)に反映させる処理を行う。この処理では、複数の点群のZ座標を反映させる領域のサイズとして第1設定間隔D1が設定され、このサイズの領域を点群のピッチでX軸方向に移動させ乍ら、その領域の移動平均を取る等の処理によりX軸方向での点群ピッチと等しいピッチでZ座標(高さ値)が生成される(#07ステップの〈a〉)。次に、除外処理モジュールが3次元データのうち除外領域に含まれる点P(高さ値)が存在する場合には、その点Pを除外する(#07ステップの〈b〉)。   Specifically, the three-dimensional data cutout module cuts out three-dimensional data in a region having a set width in the Y-axis direction, and as shown in FIG. 9, the first set interval D1 (about 30 mm. A process of reflecting the point group included in the range of (an example of one setting range) in the Z coordinate (height value) is performed. In this process, the first setting interval D1 is set as the size of the region reflecting the Z coordinates of a plurality of point groups. The region is moved in the X-axis direction at the pitch of the point group, and the region is moved. A Z coordinate (height value) is generated at a pitch equal to the point group pitch in the X-axis direction by processing such as averaging (# 07 step <a>). Next, when there is a point P (height value) included in the exclusion region in the three-dimensional data, the exclusion processing module excludes the point P (<b> in step # 07).

この後、2次元データ化モジュールが座標変換を行うことにより、3次元データを2次元データ化して表面形状データを得る(#07ステップの〈c〉)。そして、曲率取得モジュールが、表面形状データを曲率取得手段19に与えることで、この曲率取得手段19から表面形状データの形状に対応した複数の曲率を取得し、複数の曲率で成る詳細形状データを生成する(#07ステップの〈d〉)。   Thereafter, the two-dimensional data conversion module performs coordinate conversion to convert the three-dimensional data into two-dimensional data to obtain surface shape data (<c> in step # 07). Then, the curvature acquisition module gives the surface shape data to the curvature acquisition means 19 so as to acquire a plurality of curvatures corresponding to the shape of the surface shape data from the curvature acquisition means 19 and to obtain detailed shape data consisting of a plurality of curvatures. (<D> in step # 07).

ベース形状データ生成手段17は、詳細形状データ生成手段18と同様にノイズが除去された3次元データから設定幅の3次元データを切り出し、切り出した3次元データの表面形状が反映される2次元データ構造となる単一の表面形状データを生成し、この表面形状データから取得した複数の曲率で表されるベース形状データを生成する(#08ステップ)。   Similarly to the detailed shape data generation unit 18, the base shape data generation unit 17 cuts out three-dimensional data having a set width from the three-dimensional data from which noise has been removed, and two-dimensional data in which the surface shape of the cut-out three-dimensional data is reflected. A single surface shape data to be a structure is generated, and base shape data represented by a plurality of curvatures acquired from the surface shape data is generated (step # 08).

具体的な処理としては、3次元データ切り出しモジュールが、Y軸方向で設定幅となる領域の3次元データを切り出し、図9に示すようにX軸方向で第2設定間隔D2(第1設定間隔D1の2倍〜10倍程度・第2設定範囲の一例)の範囲に含まれる点群をZ座標(高さ値)に反映する処理を行う。この処理では、複数の点群のZ座標を反映させる領域のサイズとして第2設定間隔D2が設定され、このサイズの領域を点群のピッチでX軸方向に移動させ乍ら、その領域の移動平均を取る等の処理によりX軸方向での点群ピッチと等しいピッチでZ座標(高さ値)が生成される(#08ステップの〈a〉)。次に、除外処理モジュールが3次元データのうち除外領域に含まれる点P(高さ値)が存在する場合には、その点Pを除外する(#08ステップの〈b〉)。   As a specific process, the three-dimensional data cutout module cuts out three-dimensional data of an area having a set width in the Y-axis direction, and a second set interval D2 (first set interval in the X-axis direction as shown in FIG. A process of reflecting a point group included in the range of about 2 to 10 times D1 (an example of the second setting range) on the Z coordinate (height value) is performed. In this process, the second set interval D2 is set as the size of the region reflecting the Z coordinates of a plurality of point groups, and the region is moved while moving the region of this size in the X-axis direction at the point group pitch. A Z coordinate (height value) is generated at a pitch equal to the point group pitch in the X-axis direction by processing such as averaging (# 08 step <a>). Next, when there is a point P (height value) included in the exclusion region in the three-dimensional data, the exclusion processing module excludes the point P (<b> in step # 08).

この後、2次元データ化モジュールが座標変換を行うことにより、3次元データを2次元データ化して表面形状データを得る(#08ステップの〈c〉)。そして、曲率取得モジュールが、表面形状データを曲率取得手段19に与えることで、この曲率取得手段19から複数の曲率を取得し、複数の曲率で成るベース形状データが生成される(#08ステップの〈d〉)。   Thereafter, the two-dimensional data conversion module performs coordinate conversion to convert the three-dimensional data into two-dimensional data to obtain surface shape data (<c> in step # 08). Then, the curvature acquisition module gives the surface shape data to the curvature acquisition means 19 so as to acquire a plurality of curvatures from the curvature acquisition means 19 and generate base shape data composed of a plurality of curvatures (in step # 08). <D>).

このように#07ステップ、#08ステップにおいて、除外領域に含まれる点Pを除去する処理では、高さ値を「0」にする処理を行うのではなく、高さ値(点P・点群)が存在しない状態にする。   As described above, in the process of removing the point P included in the excluded region in the steps # 07 and # 08, the process of setting the height value to “0” is not performed, but the height value (point P / point group) is not performed. ) Does not exist.

図5、図6に示すように、計測対象物Tの表面形状が湾曲しているものでは、切り出した3次元データの点群が示す高さ値も円弧状を示す。従って、切り出された3次元データについてY軸方向の座標値としてY1、Y2‥‥Ynを与えた場合には、図10に示す如く、Y1、Y2‥‥Ynに対応する高さ値はZ軸方向で高さが互いに異なる値となる。   As shown in FIGS. 5 and 6, when the surface shape of the measurement target T is curved, the height value indicated by the point group of the cut out three-dimensional data also shows an arc shape. Therefore, when Y1, Y2,..., Yn are given as the coordinate values in the Y-axis direction for the cut out three-dimensional data, the height values corresponding to Y1, Y2,. The height is different from each other in the direction.

このような理由から、#07ステップの(c)と#08ステップの(c)との処理の座標変換として、Y軸方向での複数の点P毎の法線と、Z軸と平行する基準軸との間の角度θだけ、対応する湾曲中心で回転させて同一の平面上に投影する座標変換により2次元データ構造の表面形状データが生成される。尚、湾曲中心は3次元データにおいて表面形状を示すY軸方向での点群(高さ値)の分布が示す形状から点P毎に算出される。   For this reason, as the coordinate conversion in the processing of step (c) of step # 07 and step (c) of step # 08, the normal line for each of a plurality of points P in the Y axis direction and the reference parallel to the Z axis are used. Surface shape data of a two-dimensional data structure is generated by coordinate transformation in which the image is rotated on the corresponding curved center by an angle θ between the axis and projected on the same plane. The center of curvature is calculated for each point P from the shape indicated by the distribution of the point group (height value) in the Y-axis direction indicating the surface shape in the three-dimensional data.

曲率取得手段19は、2次曲線適用モジュールと曲率演算モジュールとを有している。#07ステップの(d)と#08ステップの(d)との処理において、表面形状データが与えられ、この表面形状データの点群が表す形状曲線に対応する複数の曲率を生成する。この曲率取得手段19は、2次曲線適用モジュールが点群で表される形状曲線に対応して2次曲線を適用し、この2次曲線から曲率演算モジュールが曲率を演算し、この演算結果を詳細形状データ生成手段18と、ベース形状データ生成手段17にフィードバックすることになる。   The curvature acquisition means 19 has a quadratic curve application module and a curvature calculation module. In the process of (d) of step # 07 and (d) of step # 08, surface shape data is given, and a plurality of curvatures corresponding to the shape curve represented by the point group of the surface shape data are generated. In this curvature acquisition means 19, a quadratic curve application module applies a quadratic curve corresponding to a shape curve represented by a point group, and a curvature calculation module calculates a curvature from this quadratic curve, and the calculation result is obtained. This is fed back to the detailed shape data generation means 18 and the base shape data generation means 17.

曲率取得手段19の2次曲線適用モジュールは、図11(a)、図11(b)に示す如く、表面形状データの形状曲線に対応した点群をサンプルポイントPとし、この複数のサンプルポイントPのうち、3点以上のサンプルポイントPを設定する。そして、中央付近を頂点とした点群付近を通過する2次曲線を近似曲線Fとして適用し、適用された近似曲線のサンプルポイントPの中央部での曲率に基づいて曲率を算出する。この近似曲線Fは2次曲線であることから、係数の値の増減により複数のサンプルポイントPと一致する位置又は近似する位置を通過する形状が設定される。また、この2次曲線とは2次微分可能な関数として捉えることが可能である。   The quadratic curve application module of the curvature acquisition means 19 uses a point group corresponding to the shape curve of the surface shape data as the sample point P as shown in FIGS. 11A and 11B, and the plurality of sample points P. Among them, three or more sample points P are set. Then, a quadratic curve passing through the vicinity of the point group having the vertex near the center is applied as the approximate curve F, and the curvature is calculated based on the curvature at the center of the sample point P of the applied approximate curve. Since this approximate curve F is a quadratic curve, a shape passing through a position that matches or approximates a plurality of sample points P is set by increasing or decreasing the coefficient value. The quadratic curve can be understood as a function that can be quadratic differentiated.

尚、2次曲線で成る近似曲線Fを設定する場合に、サンプルポイントPが表す形状曲線が下に凸であると、近似曲線Fの係数は正「+」になり、上に凸であると、係数は負「−」になる。また、サンプルポイントが表す形状曲線が直線に近いものであるほど近似曲線Fの係数は「0」に近い値となる。従って、サンプルポイントPが表す形状曲線が上に凸から下に凸に変化する変曲点においても係数の値が正から負に切り換わるだけで済み、形状曲線が直線に近いものでも無理なく近似曲線Fを設定できる。この曲率取得手段19では、近似曲線Fとして2次曲線を用いているが、例えば、3次関数以上の高次関数曲線や、サインカーブや、双曲線等を用いるものであっても良い。   When an approximate curve F composed of a quadratic curve is set, if the shape curve represented by the sample point P is convex downward, the coefficient of the approximate curve F is positive “+”, and is convex upward. The coefficient becomes negative “−”. Further, the closer the shape curve represented by the sample point is to a straight line, the closer the coefficient of the approximate curve F is to “0”. Therefore, even at the inflection point where the shape curve represented by the sample point P changes from convex upward to convex downward, it is only necessary to switch the coefficient value from positive to negative. A curve F can be set. In this curvature acquisition means 19, a quadratic curve is used as the approximate curve F. However, for example, a higher-order function curve higher than a cubic function, a sine curve, a hyperbola, or the like may be used.

曲率演算モジュールで曲率を求めるには、近似曲線のサンプルポイント中央部(頂点付近)での湾曲の程度から直接的に取得することも可能である。具体例の1つとして近似曲線の湾曲の程度を数値化してテーブルとして保存しておき、湾曲の程度に基づいてテーブルから曲率値を取得する処理が考えられる。また、曲率を求める具体的な処理形態としては、曲率演算モジュールが、センターラインQを設定し、このセンターラインQの方向で中央のサンプルポイントPからの距離と、このセンターラインQから直交する方向での近似曲線Fまでの距離とが一致する位置と、中央のサンプルポイントPまでの距離の1/2を中心点Sに想定し、この中心点Sを中心とし、頂点に内接するものの半径を曲率の半径rとし、この半径rの逆数を曲率とする演算を行っても良い。このように曲率を求める処理においてセンターラインQの設定や中心点Sの設定は、図11に示すものに限るものではなく、例えば、センターラインQを2つのサンプルポイントPの中間に設定することや、処理に適した任意のものに設定することも可能である。   In order to obtain the curvature by the curvature calculation module, it is also possible to obtain directly from the degree of curvature at the sample point center portion (near the apex) of the approximate curve. As one specific example, a process of converting the degree of curve of the approximate curve into a numerical value and storing it as a table and acquiring a curvature value from the table based on the degree of curve can be considered. Further, as a specific processing form for obtaining the curvature, the curvature calculation module sets the center line Q, the distance from the center sample point P in the direction of the center line Q, and the direction orthogonal to the center line Q. Assuming that the center point S is a position where the distance to the approximate curve F in FIG. 1 coincides with a half of the distance to the center sample point P, the radius of the center point S that is inscribed in the vertex is defined as the center point S. An operation may be performed in which the radius of curvature r is set and the inverse of the radius r is set as the curvature. Thus, the setting of the center line Q and the setting of the center point S in the process of obtaining the curvature are not limited to those shown in FIG. 11, for example, setting the center line Q to the middle of two sample points P, It is also possible to set an arbitrary one suitable for processing.

このような処理からベース形状データは複数の曲率で構成され、詳細形状データも同様に複数の曲率で構成される。   From such processing, the base shape data is composed of a plurality of curvatures, and the detailed shape data is also composed of a plurality of curvatures.

この実施の形態では、曲率除外領域抽出手段14と、変化量除外領域抽出手段15と、除外領域設定手段16と、ベース形状データ生成手段17と、詳細形状データ生成手段18とからの指示によって曲率取得手段19が曲率の演算を行っているが、これに代えて曲率除外領域抽出手段14と、変化量除外領域抽出手段15と、除外領域設定手段16と、ベース形状データ生成手段17と、詳細形状データ生成手段18とにおいて、曲率取得手段19と同様の処理を行うモジュールを備え、そのモジュールで曲率を算出する処理を行っても良い。   In this embodiment, the curvature is excluded by an instruction from the curvature exclusion region extraction unit 14, the change amount exclusion region extraction unit 15, the exclusion region setting unit 16, the base shape data generation unit 17, and the detailed shape data generation unit 18. The acquisition means 19 calculates the curvature. Instead, the curvature exclusion area extraction means 14, the change amount exclusion area extraction means 15, the exclusion area setting means 16, the base shape data generation means 17, and the details The shape data generation unit 18 may include a module that performs the same processing as that of the curvature acquisition unit 19, and the module may perform processing for calculating the curvature.

詳細形状データとベース形状データとを生成する際には、計測対象物Tの全面の形状評価を行うために、3次元データ切り出しモジュールが切り出し領域をY軸方向にシフトしながら#07、#08ステップの処理が反復して行われる(#09ステップ)。特に、切り出す対象をY軸方向にシフトする際には、先に切り出される3次元データと、この後に切り出される3次元データとがY軸方向で重複しないように処理形態が採用されているが、Y軸方向で一部重複するように処理形態を設定しても良い。   When generating the detailed shape data and the base shape data, in order to evaluate the shape of the entire surface of the measurement target T, the three-dimensional data cutout module shifts the cutout area in the Y-axis direction, while # 07 and # 08. Step processing is repeated (step # 09). In particular, when shifting the object to be cut out in the Y-axis direction, the processing mode is adopted so that the three-dimensional data cut out first and the three-dimensional data cut out after that do not overlap in the Y-axis direction. The processing mode may be set so as to partially overlap in the Y-axis direction.

形状評価手段20は、ベース形状データと詳細形状データとの複数の曲率のうちX軸方向で同一の領域における曲率同士を比較して歪値を取得する(#10ステップ)。この歪値は曲率の値の差を算出する単純な処理であるが、図12に示すように、ベース形状データの曲率を基準にし、詳細形状データの曲率との差を歪値として抽出する。   The shape evaluation means 20 compares the curvatures in the same region in the X-axis direction among the plurality of curvatures of the base shape data and the detailed shape data, and acquires a distortion value (Step # 10). This distortion value is a simple process of calculating the difference in curvature value, but as shown in FIG. 12, the difference from the curvature of the detailed shape data is extracted as a distortion value with reference to the curvature of the base shape data.

〔形状評価手段の異なる処理形態〕
特に、本発明では、歪値を取得する際に、ベース形状データと詳細形状データとの複数の曲率から想定される2種の外形曲線(図示せず)を演算によって生成し、ベース形状データに対応する外形曲線と、詳細形状データに対応する外形曲線との差(オフセット量)から歪値を取得するように形状評価手段20の処理形態を設定しても良い。この処理形態を採用することにより、ベース形状データを基準にした詳細形状データの凹凸量を実寸に近い値で取得することになる。
[Different processing forms of shape evaluation means]
In particular, in the present invention, when acquiring the strain value, two types of external curves (not shown) assumed from a plurality of curvatures of the base shape data and the detailed shape data are generated by calculation, and the base shape data is obtained. The processing form of the shape evaluation means 20 may be set so as to obtain the distortion value from the difference (offset amount) between the corresponding outer shape curve and the outer shape curve corresponding to the detailed shape data. By adopting this processing mode, the unevenness amount of the detailed shape data based on the base shape data is acquired with a value close to the actual size.

評価画像生成手段21は、測定対象形状取得手段22から計測対象物Tの外縁を示すアウトラインを示す形状イメージデータを取得し、この形状イメージデータの内部領域に対して同じ歪値を含むエリアを設定し、夫々のエリアに対し、そのエリアに対して歪値に対応した色相・濃度のペイントを行い、このイメージをディスプレイdに表示する(#11ステップ)。   The evaluation image generation unit 21 acquires shape image data indicating an outline indicating the outer edge of the measurement target T from the measurement target shape acquisition unit 22, and sets an area including the same distortion value with respect to the internal region of the shape image data. Then, for each area, the hue / density corresponding to the distortion value is applied to the area, and this image is displayed on the display d (step # 11).

この評価画像生成手段21の処理が行われることにより、ディスプレイdには計測対象物Tの形状のイメージが表示されると共に、この形状のイメージの内部領域に対して、突出方向の歪みと、窪み方向の歪みとを異なる色相で表示する共に、歪みの量に対応して濃度や色相を異ならせることで、歪みが存在する領域と歪みの方向と歪みの程度とが視覚的に把握できるものにする。   As a result of the processing of the evaluation image generating means 21, an image of the shape of the measurement target T is displayed on the display d, and distortion in the protruding direction and depressions with respect to the internal region of the image of this shape. By displaying the distortion of the direction in different hues, and by changing the density and hue according to the amount of distortion, it is possible to visually grasp the area where the distortion exists, the direction of the distortion, and the degree of distortion To do.

〔実施の形態の概要〕
このように、本発明によると、撮影ユニットVで取得した3次元データ構造の撮影データから3次元データを生成し、ノイズの除去の後に、この3次元データにおける所定の設定領域の形状を詳細に反映した曲率群で成る詳細形状データを生成すると共に、3次元データの所定の設定領域の形状を詳細形状データよりも粗く反映した曲率群で成るベース形状データを生成する。この後に、夫々の形状データ(すなわち、詳細形状データ及びベース形状データ)から除外領域に含まれるデータを除外して夫々の修正形状データ(すなわち、修正詳細形状データ及び修正ベース形状データ)を生成する。生成された夫々の修正形状データ(修正詳細形状データ及び修正ベース形状データ)の曲率に基づいて外面形状の歪値を抽出する。すなわち、修正詳細形状データと修正ベース形状データとにおける同一の領域の曲率を比較して歪値を取得する。これにより、例えば、全体的に緩やかな凸状となる外面形状の一部の狭い領域に凹状の歪みが存在する場合でも、この凹状の歪みを的確に検出できるものとなる。
[Outline of Embodiment]
As described above, according to the present invention, three-dimensional data is generated from photographing data having a three-dimensional data structure acquired by the photographing unit V, and after removing noise, the shape of a predetermined setting region in the three-dimensional data is detailed. The detailed shape data including the reflected curvature group is generated, and the base shape data including the curvature group reflecting the shape of the predetermined setting region of the three-dimensional data more roughly than the detailed shape data is generated. Thereafter, the data included in the exclusion region is excluded from the respective shape data (ie, the detailed shape data and the base shape data) to generate the respective corrected shape data (ie, the corrected detailed shape data and the corrected base shape data). . The distortion value of the outer surface shape is extracted based on the curvature of each of the generated corrected shape data (corrected detailed shape data and corrected base shape data). That is, the distortion value is obtained by comparing the curvature of the same region in the modified detailed shape data and the modified base shape data. As a result, for example, even when a concave distortion exists in a part of the narrow region of the outer surface shape that is a gentle convex shape as a whole, the concave distortion can be accurately detected.

また、計測対象物Tに歪みが存在する場合には、ディスプレイdに計測対象物Tと同じ形状のイメージを表示し、そのイメージの内部に歪みの分布の領域を表示し、その領域毎に歪みに対応した色相・濃度のペイントを行うので、視覚的に歪みが存在する位置を把握できると同時に、歪みの方向(凸あるいは凹)と、歪みの程度とを視覚的に把握できるものとなる。   In addition, when there is distortion in the measurement target T, an image having the same shape as the measurement target T is displayed on the display d, a distortion distribution area is displayed inside the image, and distortion is performed for each area. Since the paint of the hue / density corresponding to is performed, the position where the distortion exists visually can be grasped, and at the same time, the direction of the distortion (convex or concave) and the degree of the distortion can be visually grasped.

〔別実施形態〕
本発明では、撮影によって取得した3次元データでも、STLファイル構造の3次元データであっても、取得した3次元データから直接的に詳細形状データとベース形状データとを生成するように処理形態を設定しても良い。具体例を挙げると、詳細形状データ生成手段18が、計測対象物Tの外面形状を示す3次元データの点群の座標のうち、所定方向で設定幅の点群の座標を取得し、この点群から第1設定間隔D1毎の点群を取得し、この点群の周辺点群から最小自乗法等により近似平面を定義し、この近似平面の原点0を設定する。
[Another embodiment]
In the present invention, the processing form is set so that the detailed shape data and the base shape data are generated directly from the acquired three-dimensional data, whether it is three-dimensional data acquired by photographing or three-dimensional data having an STL file structure. May be set. As a specific example, the detailed shape data generation means 18 acquires the coordinates of a point group having a set width in a predetermined direction among the coordinates of the point group of the three-dimensional data indicating the outer surface shape of the measurement target T. A point group for each first set interval D1 is acquired from the group, an approximate plane is defined from the peripheral point group of this point group by the method of least squares, and the origin 0 of this approximate plane is set.

次に、この近似平面の法線方向をZ’軸として、このZ’軸を含む平面(例えば、Z’−X’平面)に対して周辺点群の座標が反映する写像(2次元データ)を生成する。この写像に対して近似曲線を適用し、その近似曲線の曲率計算することで原点0を検査点とする詳細形状データの曲率を得る。これと同様に、ベース形状データ生成手段16が、第2設定間隔D2毎の点群から原点0を検査点とするベース形状データの曲率を得る。この原理により複数の原点0に基づく詳細形状データとベース形状データの曲率を得ることが可能となり、前述同様の処理により詳細形状データとベース形状データの曲率から歪値を取得し、表示することで歪みを把握し得るものとなる。   Next, a map (two-dimensional data) in which the coordinates of the peripheral point group are reflected on a plane including the Z ′ axis (for example, the Z′-X ′ plane) with the normal direction of the approximate plane as the Z ′ axis. Is generated. By applying an approximate curve to this map and calculating the curvature of the approximate curve, the curvature of the detailed shape data with the origin 0 as the inspection point is obtained. Similarly, the base shape data generating means 16 obtains the curvature of the base shape data with the origin 0 as the inspection point from the point group for each second set interval D2. By this principle, it is possible to obtain the curvature of the detailed shape data and the base shape data based on a plurality of origins 0, and by obtaining and displaying the distortion value from the curvature of the detailed shape data and the base shape data by the same processing as described above. The distortion can be grasped.

この別実施形態では、除外領域を除外する処理を説明していないが、ベース形状データ生成手段17又は詳細形状データ生成手段18が取得した3次元データにおいて除外領域を設定し、処理対象から除外しても良く、取得した3次元データにノイズが含まれる可能性があるものでは、ベース形状データ生成手段17又は詳細形状データ生成手段18が取得した後にノイズの除去を行うように処理形態を設定しても良い。   In this alternative embodiment, the process of excluding the excluded area is not described, but the excluded area is set in the three-dimensional data acquired by the base shape data generating unit 17 or the detailed shape data generating unit 18 and excluded from the processing target. If the acquired 3D data may contain noise, the processing form is set so that noise is removed after the base shape data generation unit 17 or the detailed shape data generation unit 18 acquires the noise. May be.

本発明は、金型を製造する3次元データや、工作機械で削り出し加工を行うための3次元データの評価に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for evaluation of three-dimensional data for manufacturing a mold and three-dimensional data for machining with a machine tool.

C:形状認識装置
14:曲率除外領域抽出手段
15:変化量除外領域抽出手段
16:除外領域設定手段
20:形状評価手段
C: Shape recognition device 14: Curvature exclusion region extraction means 15: Change amount exclusion region extraction means 16: Exclusion region setting means 20: Shape evaluation means

Claims (1)

物体の外面形状を表す3次元データから、その物体の外面形状の認識を行う形状認識装置であって、
前記3次元データが表わす外面形状の曲率が予め設定された第1所定値を超える領域を抽出する曲率除外領域抽出手段と、
前記領域の抽出に用いた前記外面形状の曲率の変化量を演算し、当該変化量が予め設定された第2所定値を超える領域を抽出する変化量除外領域抽出手段と、
前記曲率除外領域抽出手段により抽出された領域と前記変化量除外領域抽出手段により抽出された領域との双方を除外領域として設定する除外領域設定手段と、
前記3次元データにおける所定の設定領域の形状を詳細に反映した詳細形状データと、前記所定の設定領域の形状を前記詳細形状データよりも粗く反映したベース形状データとを取得すると共に、夫々の形状データから前記除外領域に含まれるデータを除外して夫々の修正形状データを生成し、前記夫々の修正形状データの曲率に基づいて前記外面形状の歪値を抽出する形状評価手段と、
を備える形状認識装置。
A shape recognition device for recognizing an outer shape of an object from three-dimensional data representing the outer shape of the object,
Curvature-exclusion region extraction means for extracting a region where the curvature of the outer surface shape represented by the three-dimensional data exceeds a preset first predetermined value;
A change amount exclusion region extraction means for calculating a change amount of the curvature of the outer surface shape used for the extraction of the region and extracting a region in which the change amount exceeds a preset second predetermined value;
An exclusion region setting unit that sets both the region extracted by the curvature exclusion region extraction unit and the region extracted by the change amount exclusion region extraction unit as an exclusion region;
The detailed shape data reflecting the shape of the predetermined setting area in the three-dimensional data in detail and the base shape data reflecting the shape of the predetermined setting area more roughly than the detailed shape data are obtained, and the respective shapes Shape evaluation means for generating each corrected shape data by excluding data included in the exclusion region from the data, and extracting the distortion value of the outer surface shape based on the curvature of the respective corrected shape data;
A shape recognition device comprising:
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