JP7118535B2 - Three-dimensional shape measurement method, measurement device, and measurement program - Google Patents
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本発明は、三次元形状の計測方法、計測装置、及び計測プログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、対象物の表面の三次元形状と共に前記表面を構成する部材の肉厚を計測する際に用いて好適な技術に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring method, a measuring apparatus, and a measuring program. More specifically, the present invention relates to a technique suitable for use in measuring the three-dimensional shape of the surface of an object and the thickness of the members forming the surface.
レーザ光を照射すると共にその反射光を受光するレーザスキャナを用いて対象物の表面の三次元形状を計測する従来の技術として、対象物の三次元形状に応じてスキャンエリアが適宜設定されると共に各スキャンエリアについてのレーザスキャナによるスキャンがスキャンエリア毎に繰り返し行われて各スキャンエリアについて点群データが取得される際に、各スキャンエリアは互いにオーバラップされ、基準点を得るためにスキャンエリア同士のオーバラップ部分に三次元形状計測用のターゲットが複数個取り付けられ、スキャンエリア毎の点群データが基準点を介して互いに合成されて対象物の三次元形状データが取得されるものが知られている(特許文献1)。 As a conventional technique for measuring the three-dimensional shape of the surface of an object using a laser scanner that irradiates a laser beam and receives the reflected light, the scan area is appropriately set according to the three-dimensional shape of the object. When the scanning by the laser scanner for each scan area is repeatedly performed for each scan area and the point cloud data is acquired for each scan area, each scan area is overlapped with each other, and the scan areas are overlapped with each other to obtain a reference point. A plurality of targets for three-dimensional shape measurement are attached to the overlapping portion of the scanning area, and the point cloud data for each scan area are combined with each other via a reference point to acquire the three-dimensional shape data of the target object. (Patent Document 1).
しかしながら、従来の三次元形状の計測技術では、対象物の表面の形状を計測することはできても表面とは反対側の形状や内部の形状を計測することはできないので、表面形状を形成・構成する部材の肉厚を把握することはできない。 However, with conventional three-dimensional shape measurement technology, although it is possible to measure the shape of the surface of an object, it is not possible to measure the shape on the opposite side of the surface or the shape of the interior. The thickness of the constituent members cannot be grasped.
そこで、本発明は、計測対象物の表面形状の把握に加えて計測対象物の表面を構成する部材の肉厚を把握することができる三次元形状の計測方法、計測装置、及び計測プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a three-dimensional shape measuring method, a measuring device, and a measuring program that can grasp the thickness of the members that make up the surface of the measurement object in addition to grasping the surface shape of the measurement object. intended to
かかる目的を達成するため、本発明の三次元形状の計測方法は、計測対象物の表面を構成する部材の基準寸法に基づく形状が異なっている区間毎に肉厚が実測される箇所として選択された1つの肉厚実測箇所で少なくとも一箇所に於いて肉厚が実測されると共に前記肉厚実測箇所の位置が特定される処理と、前記計測対象物の表面を構成する部材の前記肉厚実測箇所での前記基準寸法に基づいて当該部材の断面形状が生成される処理と、計測対象物の表面の形状と前記部材の断面形状とがフィッティングされて計測対象物の表面の形状に対する前記部材の断面形状の位置が特定されると共に前記部材の断面形状に関する中心位置が計算される処理と、計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の内部構造の断面が配置される処理と、前記部材の内部構造の断面が前記部材の断面形状に関する中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の内部構造の形状が作成される処理と、計測対象物の表面の形状と前記部材の内部構造の形状とが比較されて肉厚の分布を得る処理とを有するようにしている。 In order to achieve such an object, the three-dimensional shape measuring method of the present invention selects a portion where the wall thickness is actually measured for each section having a different shape based on the reference dimensions of the members forming the surface of the object to be measured. a process of measuring the thickness at at least one of the thickness measurement points and specifying the position of the thickness measurement point; and the thickness measurement of the member constituting the surface of the measurement object. a process of generating a cross-sectional shape of the member based on the reference dimensions at the point ; A process of specifying the position of the cross-sectional shape and calculating the center position of the cross-sectional shape of the member, and the position separated from the surface of the measurement object by the actual thickness value of the member to the internal structure of the member. a process in which the cross section of the internal structure of the member is arranged so that the boundary of the cross section passes through; and a process of comparing the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the internal structure of the member to obtain the thickness distribution .
また、本発明の三次元形状の計測装置は、計測対象物の表面を構成する部材の基準寸法に基づく形状が異なっている区間毎に肉厚が実測される箇所として選択された1つの肉厚実測箇所で少なくとも一箇所に於いて肉厚を実測すると共に前記肉厚実測箇所の位置を特定する手段と、前記計測対象物の表面を構成する部材の前記肉厚実測箇所での前記基準寸法に基づいて当該部材の断面形状を生成する手段と、計測対象物の表面の形状と前記部材の断面形状とをフィッティングして計測対象物の表面の形状に対する前記部材の断面形状の位置を特定すると共に前記部材の断面形状に関する中心位置を計算する手段と、計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の内部構造の断面を配置する手段と、前記部材の内部構造の断面が前記部材の断面形状に関する中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の内部構造の形状を作成する手段と、計測対象物の表面の形状と前記部材の内部構造の形状とを比較して肉厚の分布を得る手段とを有するようにしている。 In addition, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention can measure the thickness of each section having a different shape based on the reference dimensions of the member forming the surface of the object to be measured. Means for actually measuring the thickness at at least one actual measurement location and specifying the position of the actual thickness measurement location; means for generating a cross-sectional shape of the member according to the above; means for calculating the central position of the cross-sectional shape of the member; means for locating a cross-section of the internal structure; and means for creating a shape of the internal structure of the member as a portion through which the cross-section of the internal structure of the member has moved relative to a center position with respect to the cross-sectional shape of the member; means for obtaining a thickness distribution by comparing the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the internal structure of the member.
また、本発明の三次元形状の計測プログラムは、計測対象物の表面を構成する部材の基準寸法に基づく形状が異なっている区間毎に肉厚が実測される箇所として選択された1つの肉厚実測箇所で少なくとも一箇所に於いて肉厚を実測すると共に前記肉厚実測箇所の位置を特定する処理と、前記計測対象物の表面を構成する部材の前記肉厚実測箇所での前記基準寸法に基づいて当該部材の断面形状を生成する処理と、計測対象物の表面の形状と前記部材の断面形状とをフィッティングして計測対象物の表面の形状に対する前記部材の断面形状の位置を特定すると共に前記部材の断面形状に関する中心位置を計算する処理と、計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の内部構造の断面を配置する処理と、前記部材の内部構造の断面が前記部材の断面形状に関する中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の内部構造の形状を作成する処理と、計測対象物の表面の形状と前記部材の内部構造の形状とを比較して肉厚の分布を得る処理とをコンピュータに行わせるようにしている。 In addition, the three-dimensional shape measurement program of the present invention includes one thickness selected as a portion where the thickness is actually measured for each section having a different shape based on the reference dimensions of the member constituting the surface of the object to be measured. A process of actually measuring the thickness at at least one actual measurement location and specifying the position of the actual thickness measurement location; a process of generating a cross-sectional shape of the member according to the above, and fitting the cross-sectional shape of the member to the surface shape of the measurement object to specify the position of the cross-sectional shape of the member with respect to the surface shape of the measurement object; a process of calculating the central position of the cross-sectional shape of the member; arranging a cross-section of an internal structure; creating a shape of the internal structure of the member as a portion through which the cross-section of the internal structure of the member has moved relative to a center position with respect to the cross-sectional shape of the member; The computer is caused to perform a process of obtaining a thickness distribution by comparing the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the internal structure of the member.
したがって、これらの三次元形状の計測方法,三次元形状の計測装置,三次元形状の計測プログラムによると、基準寸法に基づく形状が異なっている区間毎に選択された1つの肉厚実測箇所で少なくとも一箇所に於いて肉厚が実測されると共に前記肉厚実測箇所の位置が特定され、計測対象物の表面を構成する部材の肉厚実測箇所での基準寸法に基づいて当該部材の断面形状を特定した上で当該部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置に内部構造の境界を合わせた状態で計測対象物の表面の形状と内部構造の形状とが比較されるようにしているので、計測対象物の表面形状に加えて計測対象物の表面を構成する部材の肉厚の分布が肉厚データ取得時間の削減を可能としながら把握できる。 Therefore, according to the three-dimensional shape measuring method, the three-dimensional shape measuring device, and the three-dimensional shape measuring program, at least one thickness measurement point selected for each section having a different shape based on the reference dimension The thickness is actually measured at one point, and the position of the actual thickness measurement point is specified, and the cross-sectional shape of the member constituting the surface of the object to be measured is determined based on the reference dimensions at the actual thickness measurement point. After specifying, the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the internal structure are compared with the boundary of the internal structure aligned with the position separated by the actual thickness value of the member. In addition to the surface shape of the object to be measured, the thickness distribution of the members forming the surface of the object to be measured can be grasped while making it possible to reduce the thickness data acquisition time .
本発明の三次元形状の計測方法,三次元形状の計測装置,三次元形状の計測プログラムによれば、計測対象物の表面形状に加えて計測対象物の表面を構成する部材の肉厚の分布を把握することができるので、三次元形状の計測手法としての有用性を向上させることが可能になる。 According to the three-dimensional shape measuring method, the three-dimensional shape measuring apparatus, and the three-dimensional shape measuring program of the present invention, in addition to the surface shape of the object to be measured, the thickness distribution of the members constituting the surface of the object to be measured can be grasped, it is possible to improve the usefulness as a three-dimensional shape measuring method.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
図1乃至図8に、本発明に係る三次元形状の計測方法,三次元形状の計測装置,及び三次元形状の計測プログラムの実施形態の一例を示す。 1 to 8 show an embodiment of a three-dimensional shape measuring method, a three-dimensional shape measuring apparatus, and a three-dimensional shape measuring program according to the present invention.
本実施形態の三次元形状の計測方法は、計測対象物の表面を構成する部材の基準寸法に基づいて当該部材の断面形状(特に、外容形状であって、外法寸法に相当する形状)が生成される処理(S4)と、計測対象物の表面の形状と前記部材の断面形状(特に、外容形状のうちの前記計測対象物の表面の形状に対応する部分)とがフィッティングされて計測対象物の表面の形状に対する前記部材の断面形状の位置が特定されると共に前記部材の断面形状に関する中心位置が計算される処理(S5)と、計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の内部構造の断面が配置される処理(S6)と、前記部材の内部構造の断面が前記部材の断面形状に関する中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の内部構造の形状が作成される処理(S7)と、計測対象物の表面の形状と前記部材の内部構造の形状とが比較される処理(S8)とを有するようにしている(図1参照)。 The three-dimensional shape measurement method of the present embodiment is based on the reference dimensions of the member that constitutes the surface of the object to be measured. is generated (S4), and the shape of the surface of the object to be measured and the cross-sectional shape of the member (particularly, the portion of the external shape corresponding to the shape of the surface of the object to be measured) are fitted. A process of specifying the position of the cross-sectional shape of the member with respect to the surface shape of the measurement object and calculating the center position of the cross-sectional shape of the member (S5), and actually measuring the thickness of the member from the surface of the measurement object. A process (S6) of arranging the cross section of the internal structure of the member so that the boundary of the cross section of the internal structure of the member passes through the position separated by the value (S6); A process (S7) for creating the shape of the internal structure of the member as a portion that has been moved and passed in association with the center position regarding the shape, and comparing the shape of the surface of the measurement object and the shape of the internal structure of the member. (See FIG. 1).
ここで、本発明が用いられて三次元形状の計測が行われる計測の対象(「計測対象物」と呼ぶ)としては、単数の管状(即ち、中空)の部材(図3(A)参照)、または、複数の管状(即ち、中空)の部材の各々の長手方向が平行になるように配置されてこれら管状の部材が連接された部材(図3(B)参照)が挙げられる。具体的には例えば、建物等の建築構造物やプラント等の機械構造物における配管(即ち、例えば図3(A)に示されるような単数の管状の部材)や、発電用やごみ焼却炉のボイラ火炉の側壁に使用されるボイラ水冷壁管(即ち、例えば図3(B)に示されるような複数の管状の部材が連接された部材)などが挙げられる。 Here, a single tubular (i.e., hollow) member (see FIG. 3A) is used as a measurement target (referred to as a "measurement target") for three-dimensional shape measurement using the present invention. Alternatively, a member in which a plurality of tubular (that is, hollow) members are arranged such that their longitudinal directions are parallel and these tubular members are connected (see FIG. 3(B)). Specifically, for example, piping in architectural structures such as buildings and mechanical structures such as plants (that is, a single tubular member as shown in FIG. 3A), power generation and garbage incinerators Boiler water wall tubes (that is, a member in which a plurality of tubular members are connected as shown in FIG. 3(B), for example) used for the side wall of a boiler furnace, and the like.
なお、本発明の説明では、例えば図3(A)に示されるような単体の管状の部材が計測対象物である場合には当該管状の部材のことを「管状部」と呼び、また、例えば図3(B)に示されるような複数の管状の部材が連接された部材が計測対象物である場合には管状の部材のそれぞれのことを「管状部」と呼ぶ。 In the description of the present invention, for example, when a single tubular member as shown in FIG. When a member in which a plurality of tubular members are connected as shown in FIG. 3B is the object to be measured, each of the tubular members is called a "tubular portion".
上記の三次元形状の計測方法は、本発明に係る三次元形状の計測装置によって実施され得る。本実施形態の三次元形状の計測装置は、計測対象物の表面を構成する部材の基準寸法に基づいて当該部材の断面形状(特に、外容形状であって、外法寸法に相当する形状)を生成する手段と、計測対象物の表面の形状と前記部材の断面形状(特に、外容形状のうちの前記計測対象物の表面の形状に対応する部分)とをフィッティングして計測対象物の表面の形状に対する前記部材の断面形状の位置を特定すると共に前記部材の断面形状に関する中心位置を計算する手段と、計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の内部構造の断面を配置する手段と、前記部材の内部構造の断面が前記部材の断面形状に関する中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の内部構造の形状を作成する手段と、計測対象物の表面の形状と前記部材の内部構造の形状とを比較する手段とを有するようにしている。 The three-dimensional shape measuring method described above can be implemented by the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention. The three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment measures the cross-sectional shape of the member constituting the surface of the object to be measured (especially, the shape corresponding to the outer dimension) based on the reference dimension of the member. and fitting the shape of the surface of the object to be measured and the cross-sectional shape of the member (in particular, the portion of the external shape corresponding to the shape of the surface of the object to be measured) of the object to be measured. Means for specifying the position of the cross-sectional shape of the member with respect to the shape of the surface and calculating the center position of the cross-sectional shape of the member; means for arranging the section of the internal structure of the member so that the boundary of the section of the internal structure of the member passes; It has means for creating the shape of the internal structure of the member as a part, and means for comparing the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the internal structure of the member.
上記の三次元形状の計測方法及び三次元形状の計測装置は、三次元形状の計測プログラムがコンピュータ上で実行されることによっても実施・実現され得る。ここでは、三次元形状の計測プログラムがコンピュータ上で実行されることによって三次元形状の計測方法が実施されると共に三次元形状の計測装置が実現される場合を説明する。 The above three-dimensional shape measuring method and three-dimensional shape measuring apparatus can also be implemented and realized by executing a three-dimensional shape measuring program on a computer. Here, a case where a three-dimensional shape measuring program is executed on a computer to implement a three-dimensional shape measuring method and a three-dimensional shape measuring apparatus will be described.
本実施形態の三次元形状の計測プログラム17を実行するためのコンピュータ10(本実施形態では、三次元形状の計測装置10でもある)の全体構成を図2に示す。
FIG. 2 shows the overall configuration of a computer 10 (which is also the three-dimensional
このコンピュータ10(三次元形状の計測装置10)は制御部11,記憶部12,入力部13,表示部14,及びメモリ15を備え、これらが相互にバス等の信号回線によって接続されている。
This computer 10 (three-dimensional shape measuring apparatus 10) includes a
制御部11は、記憶部12に記憶されている三次元形状の計測プログラム17に従ってコンピュータ10全体の制御並びに三次元形状の計測に係る演算を行うものであり、例えばCPU(中央演算処理装置)である。
The
記憶部12は、少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。
The
入力部13は、少なくとも作業者の命令や種々の情報を制御部11に与えるためのインターフェイス(即ち、情報入力の仕組み)であり、例えばキーボードやマウスである。なお、例えばキーボードとマウスとの両方のように複数種類のインターフェイスを入力部13として有するようにしても良い。
The
表示部14は、制御部11の制御によって文字や図形或いは画像等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
The
メモリ15は、制御部11が種々の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばRAM(Random Access Memory の略)である。
The
また、コンピュータ10に、必要に応じ、当該コンピュータ10との間でデータや制御指令等の信号の送受信(即ち、出入力)が可能であるように、バスや広域ネットワーク回線等の信号回線により、データサーバ20が接続されるようにしても良い。また、コンピュータ10は、必要に応じ、インターネットなどのネットワークを介してクラウドサーバ(図示していない)にアクセス可能であるようにしても良い。
In addition, a signal line such as a bus or a wide area network line is used to enable the
そして、コンピュータ10(以下、「三次元形状の計測装置10」と表記する)の制御部11には、三次元形状の計測プログラム17が実行されることにより、計測対象物の表面の三次元形状に相当するメッシュデータの作成に係る処理を行うデータ読込部11a及びメッシュ作成部11bと、計測対象物の表面を構成する部材の基準寸法に基づいて当該部材の断面形状(特に、外容形状であって、外法寸法に相当する形状)を生成する処理を行う断面形状生成部11cと、計測対象物の表面の形状と前記部材の断面形状(特に、外容形状のうちの前記計測対象物の表面の形状に対応する部分)とをフィッティングして計測対象物の表面の形状に対する前記部材の断面形状の位置を特定すると共に前記部材の断面形状に関する中心位置を計算する処理を行う中心位置計算部11dと、計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の内部構造の断面を配置する処理を行う内部構造断面配置部11eと、前記部材の内部構造の断面が前記部材の断面形状に関する中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の内部構造の形状を作成する処理を行う内部構造形状作成部11fと、計測対象物の表面の形状と前記部材の内部構造の形状とを比較する処理を行う肉厚分布計算部11gとが構成される。
Then, the
そして、三次元形状の計測方法が実施される際の手順として、まず、点群データの整備が行われる(S1)。 Then, as a procedure for implementing the three-dimensional shape measuring method, first, point cloud data is prepared (S1).
本発明では、三次元形状の計測の対象としての計測対象物の表面形状に関する点群が用いられる。なお、本発明で用いられる点群のデータは、既存のデータが利用・整備されて用いられるようにしても良く、或いは、新たに取得・整備されたデータが用いられるようにしても良い。 In the present invention, a point cloud relating to the surface shape of a measurement target as a three-dimensional shape measurement target is used. As the point cloud data used in the present invention, existing data may be used and organized, or newly acquired and organized data may be used.
本発明における点群のデータとして、例えば、半導体レーザなどの光源を備える光照射部と各々がCCD(Charge Coupled Device の略;電荷結合素子)などの受光素子を備えると共に相互に離間して配設されてステレオカメラを構築するように構成される一対の受光部とを有する計測手段が用いられて行われる計測によって取得されるデータが利用されて生成される三次元の座標群/点群のデータ(言い換えると、三次元的な複数の座標点)が用いられ得る。 As the point group data in the present invention, for example, a light irradiation unit having a light source such as a semiconductor laser and a light receiving element such as a CCD (Charge Coupled Device) are provided and arranged apart from each other. Three-dimensional coordinate group/point group data generated using data acquired by measurement performed using a measuring means having a pair of light receiving units configured to construct a stereo camera (in other words, multiple coordinate points in three dimensions) may be used.
点群のデータの作成の仕法は、特定の手法に限定されるものではなく、取得・整備されたデータ(言い換えると、利用可能なデータ)に応じて適当な手法が適宜選択される。 A method for creating point cloud data is not limited to a specific method, and an appropriate method is appropriately selected according to the acquired and arranged data (in other words, available data).
例えば、上記の計測手段として、例えば三角測量法を測定原理とし、計測対象物へと向けてレーザ等の計測光を照射すると共に当該計測光が計測対象物の表面で反射した反射光を検出することによって得られるデータを用いて三次元形状を計測する(言い換えると、計測対象物の表面の三次元形状に関するデータを取得する)非接触式の計測器が用いられるようにしても良い。 For example, as the above measuring means, for example, the triangulation method is used as a measurement principle, and a measurement light such as a laser is irradiated toward the measurement object, and the reflected light reflected by the measurement light on the surface of the measurement object is detected. A non-contact measuring instrument that measures the three-dimensional shape using the data obtained by this (in other words, acquires data on the three-dimensional shape of the surface of the object to be measured) may be used.
三角測量法は、計測対象物へと向けて照射されたレーザ等の光が反射してレンズを通してCCDなどに結像されるときの結像位置の情報を基に点群データ(即ち、対象物表面の座標データ)を取得する手法であり、結像位置は対象物までの距離によって異なることを利用して結像位置から対象物までの距離を幾何学的に算出する手法である(例えば、吉澤徹「最新光三次元計測」,朝倉書店,2006年)。 In the triangulation method, point cloud data (i.e., object surface coordinate data), and uses the fact that the imaging position varies depending on the distance to the object to geometrically calculate the distance from the imaging position to the object (for example, Toru Yoshizawa, "Latest Optical Three-Dimensional Measurement," Asakura Shoten, 2006).
また、計測対象物における、計測の対象とされている表面(「計測表面」と呼ぶ)の全体を複数箇所から画角が異なるように撮影して得られる複数の多視点画像(別言すると、多視点情報)をステレオマッチングして前記計測対象物の三次元の点群データを作成する手法が用いられ得る。 In addition, a plurality of multi-viewpoint images (in other words, a Multi-viewpoint information) may be stereo-matched to create three-dimensional point cloud data of the object to be measured.
本実施形態では、S1の処理において表面形状に関する三次元の点群データとして整備された、計測対象物の計測表面に関する三次元座標値の集合である点群に係る座標群データが、データファイルに記録されて点群データファイル18として記憶部12に保存される。
In the present embodiment, the coordinate group data related to the point cloud, which is a set of three-dimensional coordinate values related to the measurement surface of the measurement target, prepared as three-dimensional point cloud data related to the surface shape in the process of S1 is stored in the data file. It is recorded and saved in the
次に、肉厚の実測が行われる(S2)。 Next, the thickness is actually measured (S2).
肉厚は、後述するS6の処理において計測結果の表面形状データにおける表面形状に対して計測対象物の管状部の内部構造の断面の位置を特定する際の基準として用いられるものである。 The thickness is used as a reference for specifying the position of the cross section of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured with respect to the surface shape in the surface shape data of the measurement result in the process of S6, which will be described later.
ここで、計測対象物における、計測表面とは反対側の形状を構成する面(言い換えると、計測表面と対向する面)であって計測表面からみて内側の面(即ち、計測手段による撮影/計測では認識され得ない面)のことを「裏面」と呼ぶ。 Here, in the measurement object, the surface forming the shape on the opposite side of the measurement surface (in other words, the surface facing the measurement surface) and the inner surface viewed from the measurement surface (that is, the photographing/measurement by the measuring means) The surface that cannot be recognized in the original is called the “back surface”.
肉厚が実測される箇所数は、特定の箇所数に限定されるものではなく、後述するS6の処理における手順・仕法が考慮されるなどした上で適当な箇所数に適宜設定される。 The number of locations where the wall thickness is actually measured is not limited to a specific number, but is appropriately set to an appropriate number after considering the procedure and method in the processing of S6, which will be described later.
肉厚の実測では、肉厚が実測される箇所として選択・設定された箇所(「肉厚実測箇所」と呼ぶ)毎に、肉厚が実測されると共に位置座標が特定される。 In the actual thickness measurement, the thickness is actually measured and the position coordinates are specified for each location selected and set as the location where the thickness is actually measured (referred to as “measured thickness location”).
肉厚実測箇所の位置座標は、S1の処理において整備された点群データ/座標群データの座標系(具体的には、三次元直交座標系)と共通(別言すると、同一)の座標系における座標値として特定されるようにしても良く、或いは、独自の座標系における座標値として特定された上でS1の処理において整備された点群データ/座標群データの座標系における座標値への変換が行われ得るようにしても良い。 The positional coordinates of the actual thickness measurement points are the coordinate system common (in other words, the same) as the coordinate system (specifically, the three-dimensional orthogonal coordinate system) of the point group data/coordinate group data prepared in the processing of S1. , or may be specified as coordinate values in a unique coordinate system and then coordinate values in the coordinate system of the point cloud data/coordinate group data arranged in the processing of S1 A conversion may be performed.
肉厚を実測する際に用いられる機器や手法は、特定の機器や手法に限定されるものではなく、例えば実測作業の実施可能性や計測精度などが考慮されるなどした上で、接触式若しくは非接触式の計測機器・手法の中から適当なものが適宜選択される。肉厚の実測は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、超音波厚さ計が用いられて行われるようにしても良い。 The equipment and methods used to measure wall thickness are not limited to specific equipment or methods. Appropriate ones are appropriately selected from non-contact measuring instruments and methods. Specifically, the actual measurement of the thickness may be performed using an ultrasonic thickness gauge, for example, just as an example.
本実施形態では、S2の処理において実測された肉厚が、肉厚実測箇所それぞれの位置の座標と対応づけられて(言い換えると、肉厚実測箇所の位置座標と肉厚の実測値との組み合わせデータとして)データファイルに記録されて肉厚実測値データファイル19として記憶部12に保存される。
In the present embodiment, the thickness actually measured in the process of S2 is associated with the coordinates of the positions of the actual thickness measurement points (in other words, the combination of the position coordinates of the actual thickness measurement points and the actual thickness values data) and stored in the
そして、三次元形状の計測プログラムが実行される際の手順として、言い換えると、三次元形状の計測装置10における処理として、計測対象物の計測表面に関する点群に係る座標群データの読み込みが行われる。
Then, as a procedure when the three-dimensional shape measuring program is executed, in other words, as a process in the three-dimensional
具体的には、制御部11のデータ読込部11aにより、記憶部12に保存されている点群データファイル18に記録されている計測対象物の計測表面に関する点群に係る座標群データの三次元座標値が読み込まれる。
Specifically, the
そして、データ読込部11aにより、計測対象物の計測表面に関する点群に係る座標群データがメモリ15に記憶させられる。
Then, the
次に、計測対象物の計測表面のメッシュデータの作成が行われる(S3)。 Next, mesh data of the measurement surface of the object to be measured is created (S3).
この処理では、S1の処理によって整備された点群データが面形式のデータへと変換され、計測対象物の計測表面の三次元形状に相当するメッシュデータが作成される。 In this process, the point cloud data prepared by the process of S1 is converted into surface format data, and mesh data corresponding to the three-dimensional shape of the measurement surface of the object to be measured is created.
点群データを面形式のデータへと変換する手法は、特定の変換方式に限定されるものではなく、従来の若しくは新規の変換方式の中から適当なものが適宜選択される。具体的は例えば、ドロネー三角形分割を演算原理として変換処理が行われて点群データが面形式のデータへと変換されるようにしても良い。 A technique for converting point cloud data into surface format data is not limited to a specific conversion method, and an appropriate conversion method may be appropriately selected from conventional or new conversion methods. Specifically, for example, conversion processing may be performed using Delaunay triangulation as a computational principle, and point cloud data may be converted into surface format data.
このS3の処理で作成されるメッシュデータのことを「計測結果の表面形状データ」と呼ぶ。計測結果の表面形状データは、計測対象物の表面の形状に関する情報のみから構成される。 The mesh data created by the process of S3 is called "measurement result surface shape data". The surface shape data of the measurement result is composed only of information on the shape of the surface of the object to be measured.
本実施形態では、三次元形状の計測装置10における処理として、制御部11のメッシュ作成部11bにより、メモリ15に記憶されている計測対象物の計測表面に関する点群に係る座標群データが読み込まれる。
In the present embodiment, as processing in the three-dimensional
続いて、メッシュ作成部11bにより、読み込まれた点群(座標群)に関するメッシュデータ(即ち、計測結果の表面形状データ)が計算される。
Subsequently, mesh data (that is, surface shape data of measurement results) relating to the loaded point group (coordinate group) is calculated by the
そして、メッシュ作成部11bにより、計算された計測結果の表面形状データがメモリ15に記憶させられる。
Then, the calculated surface shape data of the measurement result is stored in the
次に、計測対象物の管状部の断面形状の生成が行われる(S4)。 Next, the cross-sectional shape of the tubular portion of the object to be measured is generated (S4).
この処理では、計測対象物の計測表面を構成・形成している管状部について、管状部の長手方向において連なる長手方向直交断面毎の形状データが生成される。 In this process, shape data is generated for each longitudinal orthogonal cross-section that is continuous in the longitudinal direction of the tubular portion that constitutes and forms the measurement surface of the object to be measured.
管状部の長手方向直交断面の形状は、管状部の長手方向における各位置での例えば設計値や初期寸法などに基づいて生成される。設計値は、計測対象物の管状部の設計図面等に記載されている設計上の寸法である。初期寸法は、実機へと組み付けられて配設された状態で使用される前(即ち、供用開始時前であって腐食や摩耗などによる減肉が生じる前)に実測された寸法である。管状部の長手方向直交断面の形状が生成される際に用いられる、例えば設計値や初期寸法などの基準となる寸法のことを「基準寸法」と呼ぶ。 The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the tubular portion is generated based on, for example, design values and initial dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular portion. A design value is a design dimension described in a design drawing or the like of a tubular portion of an object to be measured. The initial dimensions are the dimensions actually measured before being assembled into an actual machine and used (that is, before the start of service and before thinning due to corrosion, wear, etc.). A standard dimension, such as a design value or an initial dimension, which is used when the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the tubular portion is generated is called a "standard dimension."
このS4の処理で生成される、基準寸法に基づく断面形状に関するデータのことを「断面形状データ」と呼ぶ。 The data related to the cross-sectional shape based on the reference dimensions generated in the process of S4 is called "cross-sectional shape data".
断面形状データは、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が、長手方向における位置に拘わらず一定/同一である場合には一種類だけ生成され、一方、長手方向における位置によって異なる場合には複数種類生成される(言い換えると、基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に生成され、前記区間/範囲内では断面形状は一定/同一であると取り扱われる)。 Only one type of cross-sectional shape data is generated when the shape based on the reference dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the measurement object is constant/same regardless of the position in the longitudinal direction. If different depending on the position in the direction, a plurality of types are generated (in other words, they are generated for each section/range where the shape based on the reference dimension is different, and the cross-sectional shape is treated as constant/same within the section/range. can be used).
本実施形態では、計測対象物の計測表面を構成・形成している部材(少なくとも、管状部に該当する部分)の基準寸法に関するデータが、データファイルに記録されて記憶部12に保存される。
In the present embodiment, data relating to the reference dimensions of the member (at least, the portion corresponding to the tubular portion) forming the measurement surface of the object to be measured is recorded in a data file and stored in the
そして、三次元形状の計測装置10における処理として、制御部11の断面形状生成部11cにより、記憶部12に保存されているデータファイルに記録されている計測対象物の計測表面を構成・形成している部材の基準寸法に関するデータが読み込まれる。
Then, as processing in the three-dimensional
続いて、断面形状生成部11cにより、読み込まれた基準寸法が用いられて、計測対象物の管状部についての、長手方向直交断面の形状(即ち、断面形状データ)が基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に生成される。
Subsequently, the cross-sectional
そして、断面形状生成部11cにより、生成された断面形状データがメモリ15に記憶させられる。
Then, the generated cross-sectional shape data is stored in the
次に、計測対象物の管状部の断面形状に関する中心位置の計算が行われる(S5)。 Next, the center position of the cross-sectional shape of the tubular portion of the object to be measured is calculated (S5).
本発明では、S3までの処理において求められた計測結果の表面形状データと、S4の処理において生成された断面形状データを踏まえて後述するS7の処理において作成される内部構造データとが比較されて、管状部の肉厚が計算される。 In the present invention, the surface shape data of the measurement results obtained in the processing up to S3 and the internal structure data created in the processing of S7 described later based on the cross-sectional shape data generated in the processing of S4 are compared. , the wall thickness of the tubular section is calculated.
ここで、建物等の建築構造物やプラント等の機械構造物において実際に配設されて使用・供用されている状態の(つまり、実機使用状態にある)計測対象物の管状部は、設計では(言い換えると、基準寸法に基づく形状としては)一直線状であったとしても、実際には設計通りの形状(言い換えると、基準寸法通りの形状)ではなくて湾曲していることがある(図4参照)。例えば、特に発電用やごみ焼却炉のボイラ火炉の側壁に使用されるボイラ水冷壁管などでは、高熱による膨張に起因して湾曲している場合がある。 Here, the tubular part of the object to be measured that is actually installed and used in an architectural structure such as a building or a mechanical structure such as a plant (in other words, in the state of actual machine use) In other words, even if the shape is straight based on the standard dimensions, it may actually be curved instead of the shape as designed (in other words, the shape according to the standard dimensions) (Fig. 4). reference). For example, boiler water wall tubes used in side walls of boiler furnaces, particularly for power generation and waste incinerators, may be curved due to expansion due to high heat.
このため、実機使用状態にある計測対象物の管状部における実際の湾曲を考慮しない場合には、現実に生じている湾曲の分は計測誤差になってしまう。 Therefore, if the actual curvature of the tubular portion of the object to be measured is not taken into account when the actual machine is in use, the curvature that actually occurs becomes a measurement error.
そこで、この処理では、計測結果の表面形状データに基づいて、実機使用状態にある計測対象物の管状部について、管状部の長手方向において連なる長手方向直交断面毎の中心位置が求められ、これら中心位置の連なりとして管状部の湾曲の状態が把握される。これにより、管状部の形状の計算における当該管状部自体の湾曲の影響が排除される。 Therefore, in this process, based on the surface shape data of the measurement results, the center position of each longitudinal orthogonal cross-section continuous in the longitudinal direction of the tubular portion of the object to be measured in the state of actual machine use is obtained. The bending state of the tubular portion is grasped as a sequence of positions. This eliminates the influence of the curvature of the tubular portion itself on the calculation of the shape of the tubular portion.
管状部の長手方向直交断面の形状に関する中心位置は、S3までの処理において求められた計測結果の表面形状データとS4の処理において生成された断面形状データとがフィッティングされて求められる。 The center position of the shape of the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the tubular portion is obtained by fitting the surface shape data of the measurement results obtained in the processing up to S3 and the cross-sectional shape data generated in the processing of S4.
すなわち、管状部の長手方向直交断面の形状に関する中心位置は、計測結果の表面形状データと断面形状データの外容形状(別言すると、外法寸法に相当する形状)のうちの当該の断面の位置における前記表面形状データに対応する部分とがフィッティングされた上で前記外容形状の中心位置として求められる。 That is, the central position of the shape of the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the tubular part is the outer shape (in other words, the shape corresponding to the outer dimension) of the surface shape data and the cross-sectional shape data of the measurement result. After fitting the part corresponding to the surface shape data at the position, it is determined as the center position of the outer shape.
本発明における計測対象物は単体の管状部や連接する複数の管状部であり、計測結果の表面形状データにおける長手方向直交断面の形態は円形又は円弧状である。したがって、S5の処理において求められる計測対象物の管状部の断面形状に関する中心位置は、具体的には円の中心であったり円弧の中心であったりする。 The object to be measured in the present invention is a single tubular portion or a plurality of connected tubular portions, and the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction in the surface shape data of the measurement result is circular or arc-shaped. Therefore, the center position of the cross-sectional shape of the tubular portion of the object to be measured, which is obtained in the process of S5, is specifically the center of a circle or the center of an arc.
円周同士や円弧同士のフィッティングの仕法は、特定の手法に限定されるものではなく、二つの円周同士や二つの円弧同士が最もよく重なり合う状態を計算することができる手法であれば、どのような手法でも良い。具体的には例えば、計測結果の表面形状データ(別言すると、管状部の表面形状に係る座標群)と断面形状データのうちの前記表面形状データに対応する部分との差分が最小になるように最小二乗法によって計算されることが考えられる。 The method of fitting circles to circles or arcs to arcs is not limited to a specific method. Such a method is also acceptable. Specifically, for example, the difference between the surface shape data of the measurement result (in other words, the coordinate group related to the surface shape of the tubular portion) and the portion of the cross-sectional shape data corresponding to the surface shape data is minimized. is calculated by the method of least squares.
本発明における計測対象物の管状部は中空の円筒状であり、計測結果の表面形状データにおける長手方向直交断面の形態は円形又は円弧状であると共に断面形状データにおける長手方向直交断面の外容形状も円形又は円弧状である。そして、計測対象物の管状部の表面形状としての円周又は円弧と断面形状としての円周又は円弧或いは円周のうちの表面形状の円弧に対応する部分(即ち、円弧である)とがフィッティングされた上で断面形状の円又は円弧の中心の位置が求められる。 The tubular portion of the object to be measured in the present invention has a hollow cylindrical shape, and the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction in the surface shape data of the measurement result is circular or arc-shaped, and the outer shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction in the cross-sectional shape data. are also circular or arcuate. Then, the circumference or arc as the surface shape of the tubular portion of the measurement object and the circumference or arc as the cross-sectional shape, or a portion of the circumference corresponding to the arc of the surface shape (that is, the arc) are fitted. After that, the position of the center of the cross-sectional circle or arc is obtained.
本実施形態では、制御部11の中心位置計算部11dにより、S3の処理においてメモリ15に記憶された計測結果の表面形状データが読み込まれると共に、S4の処理においてメモリ15に記憶された断面形状データが読み込まれる。
In the present embodiment, the center
続いて、中心位置計算部11dにより、計測結果の表面形状データにおける表面形状と断面形状データにおける前記表面形状に対応する部分とがフィッティングされ、前記表面形状にフィッティングする断面形状の位置が特定される。
Subsequently, the center
さらに、中心位置計算部11dにより、上記のフィッティング処理によって位置が特定された断面形状に関する中心位置(具体的には、円又は円弧の中心の位置)が計算される。
Further, the center
ここで、S5の処理における計測結果の表面形状データと断面形状データとのフィッティング及び断面形状に関する中心位置の計算は、これらのデータの解像度(別言すると、再現密度)が対応し得る範囲で、計測対象物の管状部の長手方向に沿ってできる限り細かい間隔の断面位置毎に行われることが好ましい。なお、断面形状データは、S4の処理において、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に生成されており、フィッティング対象の計測結果の表面形状データによっては、区間/範囲毎に異なる断面形状データに関して中心位置の計算が行われる。 Here, the fitting of the surface shape data and the cross-sectional shape data of the measurement results in the processing of S5 and the calculation of the center position regarding the cross-sectional shape are performed within the range that the resolution of these data (in other words, the reproduction density) can support. It is preferable that the measurement is performed at every cross-sectional position spaced as closely as possible along the longitudinal direction of the tubular portion of the object to be measured. The cross-sectional shape data is generated for each section/range in which the shape is different based on the reference dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the measurement object in the process of S4, and the measurement result of the fitting object Depending on the surface shape data of , calculation of the center position is performed with respect to cross-sectional shape data that differs for each section/range.
上記の処理によって計算される計測対象物の管状部の長手方向における各区間/範囲毎の断面形状に関する中心位置を連結したもの(即ち、中心位置の軌跡)は、前記計測対象物の管状部の現実の湾曲状態を反映した軌跡(「断面中心の軌跡」と呼ぶ)である。 A connection of the center positions of the cross-sectional shape of each section/range in the longitudinal direction of the tubular portion of the measurement object calculated by the above process (that is, the trajectory of the center position) is the tubular portion of the measurement object. This is a trajectory reflecting the actual curved state (referred to as a “cross-sectional center trajectory”).
そして、中心位置計算部11dにより、計算された断面中心の軌跡に関するデータがメモリ15に記憶させられる。
Then, the center
次に、計測対象物の管状部の内部構造の断面の配置が行われる(S6)。 Next, the cross-section of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured is arranged (S6).
計測対象物の管状部は中空の円筒状であるので、連通する空間を構成する中空部分が管状部の内部構造であり、管状部の長手方向直交断面における当該管状部の内部構造の断面の形状は円形である。 Since the tubular portion of the object to be measured has a hollow cylindrical shape, the hollow portion forming the communicating space is the internal structure of the tubular portion, and the cross-sectional shape of the internal structure of the tubular portion in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the tubular portion. is circular.
この処理では、S5の処理において計算された断面中心の軌跡に関するデータとS2の処理において実測された肉厚とが用いられて、S3の処理において求められた計測結果の表面形状データにおける表面形状に対して計測対象物の管状部の内部構造の断面の形状である円が配置される。 In this process, the data on the trajectory of the center of the cross section calculated in the process of S5 and the wall thickness actually measured in the process of S2 are used to obtain the surface shape in the surface shape data of the measurement results obtained in the process of S3. A circle, which is the cross-sectional shape of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured, is arranged.
計測対象物の管状部の内部構造の断面としての円の配置は、例えば、下記の〈方法I〉乃至〈方法III〉のうちの何れかによって行われることが考えられる。 Arrangement of circles as a cross-section of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured may be performed, for example, by any one of <Method I> to <Method III> below.
〈方法I〉内部構造の断面の中心位置を断面形状に関する中心位置に一致させて配置する。 <Method I> Align the central position of the cross section of the internal structure with the central position of the cross sectional shape.
S2の処理において、位置座標が特定されている肉厚実測箇所の位置に於ける肉厚が実測されている。 In the process of S2, the thickness is actually measured at the position of the thickness measurement point whose position coordinates are specified.
〈方法I〉では、上記の肉厚実測箇所の位置に於ける管状部の断面形状に関する中心位置を中心とし且つ計測対象物の表面から肉厚の分だけ離れた点を通る円が内部構造の断面として決定される。 In <Method I>, a circle centered on the central position of the cross-sectional shape of the tubular portion at the position of the actual thickness measurement location and passing through a point separated from the surface of the measurement object by the thickness is the internal structure. Determined as a cross section.
すなわち、S2の処理で特定された位置座標に於いて、S5の処理で計算された管状部の断面形状に関する中心位置を中心とし、且つ、S3の処理で求められた計測結果の表面形状データにおける表面の位置から、S2の処理で実測された肉厚の分だけ管状部の内側へと向けて厚さ方向に離れた位置を円周が通る円が配置される(図5参照)。 That is, in the position coordinates specified in the process of S2, centering on the central position of the cross-sectional shape of the tubular portion calculated in the process of S5, and in the surface shape data of the measurement result obtained in the process of S3 A circle whose circumference passes through a position spaced in the thickness direction toward the inner side of the tubular portion from the position of the surface by the thickness actually measured in the process of S2 is arranged (see FIG. 5).
〈方法I〉では、S2の処理において実測される肉厚は、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に少なくとも一箇所に於いて実測されれば良く、管状部の頂部に於いて実測されることが好ましい。 In <Method I>, the thickness actually measured in the process of S2 is based on the reference dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the object to be measured. It may be measured at the top of the tubular portion, preferably at the top of the tubular portion.
〈方法II〉実測された肉厚の分だけ離れた位置に配置する。 <Method II> Arrange them at positions separated by the measured wall thickness.
S2の処理において、位置座標が特定されている肉厚実測箇所の位置に於ける肉厚が実測されている。 In the process of S2, the thickness is actually measured at the position of the thickness measurement point whose position coordinates are specified.
〈方法II〉では、上記の肉厚実測箇所の位置に於ける計測対象物の表面から肉厚の分だけ離れた点を通り且つ基準寸法を直径とする円が内部構造の断面として決定される。 In <Method II>, a circle passing through a point separated by the thickness from the surface of the measurement object at the position of the actual thickness measurement location and having a diameter equal to the reference dimension is determined as the cross section of the internal structure. .
すなわち、S2の処理で特定された位置座標に於いて、S3の処理で求められた計測結果の表面形状データにおける表面の位置から、S2の処理で実測された肉厚の分だけ管状部の内側へと厚さ方向に離れた位置を円周が通り、且つ、S4の処理で生成された断面形状のうちの内部構造の断面の形状である円の直径寸法(即ち、管状部の基準寸法における内径)を直径とする円が配置される(図6参照)。 That is, at the position coordinates specified in the process of S2, from the position of the surface in the surface shape data of the measurement result obtained in the process of S3, the inner side of the tubular portion is increased by the thickness actually measured in the process of S2. The diameter dimension of a circle that passes through a position separated in the thickness direction from 1 to , and is the cross-sectional shape of the internal structure among the cross-sectional shapes generated in the process of S4 (i.e., in the reference dimension of the tubular part A circle having a diameter equal to the inner diameter) is arranged (see FIG. 6).
〈方法II〉では、S2の処理において実測される肉厚は、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に、一箇所のみに於いて実測されるようにしても良く、或いは、少なくとも二箇所に於いて実測されるようにしても良く、いずれの場合でも管状部の頂部に於いて実測されることが好ましい。 In <Method II>, the thickness actually measured in the process of S2 is based on the reference dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the object to be measured. It may be measured at the top of the tubular portion, or it may be measured at at least two locations.
〈方法III〉実測された肉厚の分だけ離れた位置を通るように配置する。 <Method III> Arrange so that it passes through a position separated by the measured wall thickness.
S2の処理において、位置座標が特定されている肉厚実測箇所の位置に於ける肉厚が実測されている。 In the process of S2, the thickness is actually measured at the position of the thickness measurement point whose position coordinates are specified.
〈方法III〉では、上記の肉厚実測箇所の位置に於ける計測対象物の表面から肉厚の分だけ離れた点を通る円が内部構造の断面として決定される。 In <Method III>, a circle passing through a point separated by the thickness from the surface of the object to be measured at the position of the actual thickness measurement point is determined as the section of the internal structure.
すなわち、S2の処理で特定された位置座標に於いて、S3の処理で求められた計測結果の表面形状データにおける表面の位置から、S2の処理で実測された肉厚の分だけ管状部の内側へと向けて厚さ方向に離れた位置を円周が通る円が配置される(図7参照)。 That is, at the position coordinates specified in the process of S2, from the position of the surface in the surface shape data of the measurement result obtained in the process of S3, the inner side of the tubular portion is increased by the thickness actually measured in the process of S2. A circle whose circumference passes through a position spaced apart in the thickness direction toward the center is placed (see FIG. 7).
〈方法III〉では、S2の処理において実測される肉厚は、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に少なくとも三箇所に於いて実測されれば良く、管状部の頂部が含まれることが好ましい。 In <Method III>, the thickness actually measured in the process of S2 is based on the reference dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the object to be measured. It is preferable that the top portion of the tubular portion is included.
ここで、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に断面形状データが生成される(S4)と共に断面形状に関する中心位置が計算される(S5)。また、内部構造の断面が配置される際には実測された肉厚が用いられる。これらのことから、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に且つ肉厚が実測された区間毎に内部構造の断面の配置が行われる。なお、S2の処理における肉厚の実測は、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が異なっている区間/範囲毎に、上述の箇所数で行われることが好ましい。また、計測対象物の管状部の長手方向における各位置での基準寸法に基づく形状が当該管状部の長手方向の全長に亙って同一であると共に肉厚の実測が行われた箇所が一箇所である場合には、内部構造の断面の配置は前記肉厚の実測が行われた箇所のみに於いて行われる。 Here, cross-sectional shape data is generated for each section/range in which the shape is different based on the reference dimension at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the measurement object (S4), and the center position regarding the cross-sectional shape is calculated. (S5). Also, when the cross section of the internal structure is arranged, the actually measured thickness is used. For these reasons, the cross-sectional arrangement of the internal structure is arranged for each section/range where the shape is different based on the reference dimension at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the measurement object and for each section where the wall thickness is actually measured. done. The actual measurement of the wall thickness in the process of S2 may be performed at the above-mentioned number of points for each section/range having different shapes based on the reference dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular portion of the object to be measured. preferable. In addition, the shape based on the reference dimensions at each position in the longitudinal direction of the tubular part of the object to be measured is the same over the entire length of the tubular part in the longitudinal direction, and there is one place where the wall thickness is actually measured. , the placement of the cross-section of the internal structure is made only at the locations where the thickness measurements have been taken.
本実施形態では、制御部11の内部構造断面配置部11eにより、内部構造の断面の配置の仕方の例として挙げた上述の〈方法I〉乃至〈方法III〉のうちで用いられる方法に対応させて下記の(1)乃至(3)のうちの何れかの手順によって管状部の内部構造の断面が配置される。
In the present embodiment, the internal structure
(1)〈方法I〉が用いられて内部構造の断面が配置される場合
内部構造断面配置部11eにより、S5の処理においてメモリ15に記憶された断面中心の軌跡に関するデータが読み込まれると共に、記憶部12に保存されている肉厚実測値データファイル19に記録されている肉厚実測箇所の位置座標と肉厚の実測値との組み合わせデータが読み込まれる。
(1) When <Method I> is used to arrange cross sections of the internal structure. Combined data of the position coordinates of the actual thickness measurement locations and the actual thickness values recorded in the actual thickness measurement value data file 19 stored in the
続いて、内部構造断面配置部11eにより、読み込まれた断面中心の軌跡と肉厚の実測値とが用いられて、上記の〈方法I〉によって計測対象物の管状部の内部構造の断面としての円が配置される位置の計算が行われる。
Subsequently, the internal structure
そして、内部構造断面配置部11eにより、計算された計測対象物の管状部の内部構造の断面としての円の直径及び当該円が配置される位置に関するデータがメモリ15に記憶させられる。
Then, the internal structure
(2)〈方法II〉が用いられて内部構造の断面が配置される場合
内部構造断面配置部11eにより、記憶部12に保存されている肉厚実測値データファイル19に記録されている肉厚実測箇所の位置座標と肉厚の実測値との組み合わせデータが読み込まれると共に、記憶部12に保存されているデータファイルに記録されている計測対象物の計測表面を構成・形成している部材の基準寸法に関するデータが読み込まれる。
(2) When <Method II> is used to arrange the cross section of the internal structure The thickness recorded in the actual thickness data file 19 stored in the
続いて、内部構造断面配置部11eにより、読み込まれた肉厚の実測値と基準寸法とが用いられて、上記の〈方法II〉によって計測対象物の管状部の内部構造の断面としての円が配置される位置の計算が行われる。
Subsequently, the internal structure
そして、内部構造断面配置部11eにより、計算された計測対象物の管状部の内部構造の断面としての円の直径及び当該円が配置される位置に関するデータがメモリ15に記憶させられる。
Then, the internal structure
(3)〈方法III〉が用いられて内部構造の断面が配置される場合
内部構造断面配置部11eにより、記憶部12に保存されている肉厚実測値データファイル19に記録されている肉厚実測箇所の位置座標と肉厚の実測値との組み合わせデータが読み込まれる。
(3) When <Method III> is used to arrange the cross section of the internal structure The thickness recorded in the actual thickness data file 19 stored in the
続いて、内部構造断面配置部11eにより、読み込まれた肉厚の実測値が用いられて、上記の〈方法III〉によって計測対象物の管状部の内部構造の断面としての円が配置される位置の計算が行われる。 Subsequently, the position where the circle as the cross section of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured is arranged by the above <Method III> using the actual measured value of the read wall thickness by the internal structure cross section placement unit 11e. is calculated.
そして、内部構造断面配置部11eにより、計算された計測対象物の管状部の内部構造の断面としての円の直径及び当該円が配置される位置に関するデータがメモリ15に記憶させられる。
Then, the internal structure
次に、計測対象物の管状部の内部構造の形状の作成が行われる(S7)。 Next, the shape of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured is created (S7).
この処理では、S5の処理において計算された断面中心の軌跡に関するデータとS6の処理において配置された内部構造の断面としての円とが用いられて、計測対象物の管状部の内部構造の形状が作成される。 In this process, the shape of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured is determined using the data on the trajectory of the cross-section center calculated in the process of S5 and the circle as the cross-section of the internal structure arranged in the process of S6. created.
計測対象物の管状部の内部構造の形状の作成は、上述のS6の処理に関する説明における〈方法I〉乃至〈方法III〉のうちのS6の処理において用いられた方法に対応させて下記の(1)乃至(3)のうちの何れかの仕法によって行われる。 The shape of the internal structure of the tubular portion of the object to be measured is created by the following ( It is performed by one of the methods 1) to (3).
(1)S6の処理において〈方法I〉が用いられて内部構造の断面が配置された場合
この場合には、S5の処理において計算された断面中心の軌跡(別言すると、断面形状に関する中心位置)とS6の処理において配置された内部構造の断面としての円の中心の位置とが一致している。
(1) When <Method I> is used in the process of S6 to arrange the cross section of the internal structure In this case, the trajectory of the center of the cross section calculated in the process of S5 (in other words, ) coincides with the position of the center of the circle as the cross section of the internal structure arranged in the process of S6.
そこで、S6の処理において配置された内部構造の断面としての円を、当該円の中心がS5の処理において計算された断面中心の軌跡に沿うように管状部の長手方向の全長に亙って移動させる(図8参照)。 Therefore, the circle as the cross section of the internal structure arranged in the process of S6 is moved over the entire length in the longitudinal direction of the tubular part so that the center of the circle follows the trajectory of the center of the cross section calculated in the process of S5. (See FIG. 8).
(2)S6の処理において〈方法II〉が用いられて内部構造の断面が配置された場合
この場合には、S5の処理において計算された断面形状の軌跡(別言すると、断面形状に関する中心位置)とS6の処理において配置された内部構造の断面としての円の中心の位置とがずれていることがあり得る(尚、一致していることもあり得る)。
(2) When <Method II> is used in the process of S6 to arrange the cross section of the internal structure In this case, the trajectory of the cross-sectional shape calculated in the process of S5 (in other words, the ) and the position of the center of the circle as the cross section of the internal structure arranged in the process of S6 may be misaligned (and may be coincident).
そこで、S6の処理において配置された内部構造の断面としての円を、当該円の中心とS5の処理において計算された断面中心の軌跡とが一定の距離を維持するように前記円の中心を前記断面中心の軌跡と平行に管状部の長手方向の全長に亙って移動させる。 Therefore, the circle as the cross section of the internal structure arranged in the process of S6 is adjusted so that the center of the circle and the trajectory of the center of the cross section calculated in the process of S5 maintain a constant distance. It is moved over the entire longitudinal length of the tubular portion parallel to the trajectory of the cross-sectional center.
(3)S6の処理において〈方法III〉が用いられて内部構造の断面が配置された場合
この場合には、S5の処理において計算された断面形状の軌跡(別言すると、断面形状に関する中心位置)とS6の処理において配置された内部構造の断面としての円の中心の位置とがずれていることがあり得る(尚、一致していることもあり得る)。
(3) When <Method III> is used in the process of S6 to arrange the cross section of the internal structure In this case, the trajectory of the cross-sectional shape calculated in the process of S5 (in other words, the ) and the position of the center of the circle as the cross section of the internal structure arranged in the process of S6 may be misaligned (and may be coincident).
そこで、S6の処理において配置された内部構造の断面としての円を、当該円の中心とS5の処理において計算された断面中心の軌跡とが一定の距離を維持するように前記円の中心を前記断面中心の軌跡と平行に管状部の長手方向の全長に亙って移動させる。 Therefore, the circle as the cross section of the internal structure arranged in the process of S6 is adjusted so that the center of the circle and the trajectory of the center of the cross section calculated in the process of S5 maintain a constant distance. It is moved over the entire longitudinal length of the tubular portion parallel to the trajectory of the cross-sectional center.
上述の(1)乃至(3)のうちの何れかの仕法による移動に伴って内部構造の断面としての円が通過した部分(即ち、管状部の長手方向直交断面の形状が円形である連通する空間を構成する中空部)により、計測対象物の管状部の内部構造が再現される。そして、この内部構造は、管状部の現実の湾曲状態を反映した形状に作成される。 The part through which the circle as the cross section of the internal structure passes (that is, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the tubular part is circular) is communicated The internal structure of the tubular portion of the object to be measured is reproduced by the hollow portion that constitutes the space. This internal structure is then created in a shape that reflects the actual curved state of the tubular portion.
このS7の処理で作成される内部構造の形状に関するデータのことを「内部構造データ」と呼ぶ。内部構造データは、計測対象物の表面からの位置が特定された内部の構造・形状に関する情報を有するものとして構成される。 The data regarding the shape of the internal structure created by the process of S7 is called "internal structure data". The internal structure data is configured to have information on the internal structure/shape of which the position from the surface of the object to be measured is specified.
本実施形態では、制御部11の内部構造形状作成部11fにより、S5の処理においてメモリ15に記憶された断面中心の軌跡に関するデータが読み込まれると共に、S6の処理においてメモリ15に記憶された内部構造の断面としての円の直径及び当該円が配置される位置に関するデータが読み込まれる。
In this embodiment, the internal
続いて、内部構造形状作成部11fにより、読み込まれた断面中心の軌跡と円の直径及び当該円が配置される位置とが用いられて、上述の〈方法I〉乃至〈方法III〉のうちのS6の処理において用いられた方法に対応した仕法によって計測対象物の管状部の内部構造の形状(即ち、内部構造データ)が作成される。
Subsequently, the internal structure
そして、内部構造形状作成部11fにより、作成された内部構造データがメモリ15に記憶させられる。
Then, the created internal structure data is stored in the
次に、計測対象物の管状部に関する計測結果の表面形状データと内部構造データとの比較が行われる(S8)。 Next, the surface shape data and the internal structure data of the measurement results regarding the tubular portion of the object to be measured are compared (S8).
この処理では、計測結果の表面形状データと内部構造データとが重ね合わされて、表面形状データと内部構造データとの差違が計算される。 In this process, the surface shape data and the internal structure data of the measurement results are superimposed, and the difference between the surface shape data and the internal structure data is calculated.
すなわち、計測対象物の管状部について、S6及びS7の処理によって計測結果の表面形状データに対して内部構造の形状(別言すると、内部構造の境界)として裏面の位置が特定されたことになるので、管状部の肉厚方向における対比が可能であり、計測結果の表面形状データにおける表面形状と内部構造データにおける内部構造の形状/境界としての裏面の形状との差違を計算することができる。この計算により、計測対象物の管状部(言い換えると、計測対象物の表面を構成する部材)の肉厚の分布が得られる。 That is, with respect to the tubular portion of the object to be measured, the position of the back surface is specified as the shape of the internal structure (in other words, the boundary of the internal structure) with respect to the surface shape data of the measurement result by the processing of S6 and S7. Therefore, comparison in the thickness direction of the tubular portion is possible, and the difference between the surface shape in the surface shape data of the measurement result and the shape of the internal structure/shape of the back surface as the boundary in the internal structure data can be calculated. Through this calculation, the thickness distribution of the tubular portion of the object to be measured (in other words, the member forming the surface of the object to be measured) is obtained.
本実施形態では、制御部11の肉厚分布計算部11gにより、S3の処理においてメモリ15に記憶された計測結果の表面形状データが読み込まれると共に、S7の処理においてメモリ15に記憶された内部構造データが読み込まれる。
In this embodiment, the thickness
続いて、肉厚分布計算部11gにより、計測結果の表面形状データにおける表面形状と内部構造データにおける内部構造の形状/境界としての裏面の形状との差分が算定される。
Subsequently, the
そして、制御部11は、上述の処理によって計算された計測対象物の管状部の肉厚の分布を例えば表示部14に表示したりデータファイル等として記憶部12に保存したりした上で、ここまで取り扱ってきた計測対象物についての三次元形状の計測に関する処理を終了する(END)。
Then, the
以上のように構成された三次元形状の計測方法,三次元形状の計測装置,三次元形状の計測プログラムによれば、計測対象物の表面形状に加えて計測対象物の表面を構成する部材の肉厚の分布を把握することができる。このため、三次元形状の計測手法としての有用性を向上させることが可能になる。 According to the three-dimensional shape measuring method, the three-dimensional shape measuring apparatus, and the three-dimensional shape measuring program configured as described above, the surface shape of the object to be measured and the members forming the surface of the object to be measured can be measured. The thickness distribution can be grasped. Therefore, it is possible to improve the usefulness as a three-dimensional shape measuring method.
なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。 In addition, although the above-described embodiment is an example of a preferred mode for carrying out the present invention, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described one, and the present invention can be used without departing from the scope of the present invention. Various modifications of the invention are possible.
例えば、上述したように本発明で用いられる点群のデータとして既存のデータが利用・整備されて用いられるようにしても良く、また、本発明で用いられるメッシュデータについても既存のデータが利用・整備されて用いられるようにしても良いので、計測対象物の計測表面に関する点群データやメッシュデータが独自のものとして整備されることは本発明において必須の手順ではない。なお、この場合、計測対象物の管状部の肉厚の実測は点群データの整備(言い換えると、計測対象物の表面形状の計測)に係る処理とは別の手順として行われ、肉厚が実測された位置が計測対象物の計測表面に関する点群データ(三次元の座標群)やメッシュデータと対応づけられて利用される。 For example, as described above, existing data may be used/organized and used as the point cloud data used in the present invention. Since they may be prepared and used, it is not an essential procedure in the present invention to prepare unique point cloud data and mesh data relating to the measurement surface of the measurement object. In this case, the actual measurement of the thickness of the tubular portion of the object to be measured is performed as a separate procedure from the processing related to the maintenance of the point cloud data (in other words, the measurement of the surface shape of the object to be measured). The actually measured positions are used in association with point group data (three-dimensional coordinate group) and mesh data relating to the measurement surface of the object to be measured.
10 コンピュータ/三次元形状の計測装置
11 制御部
11a データ読込部
11b メッシュ作成部
11c 断面形状生成部
11d 中心位置計算部
11e 内部構造断面配置部
11f 内部構造形状作成部
11g 肉厚分布計算部
12 記憶部
13 入力部
14 表示部
15 メモリ
17 三次元形状の計測プログラム
18 点群データファイル
19 肉厚実測値データファイル
20 データサーバ
10 computer/three-dimensional
Claims (3)
前記計測対象物の表面を構成する部材の前記肉厚実測箇所での前記基準寸法に基づいて当該部材の断面形状が生成される処理と、
前記計測対象物の表面の形状と前記部材の前記断面形状とがフィッティングされて前記計測対象物の前記表面の形状に対する前記部材の前記断面形状の位置が特定されると共に前記部材の前記断面形状に関する中心位置が計算される処理と、
前記計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の前記内部構造の断面が配置される処理と、
前記部材の前記内部構造の断面が前記部材の前記断面形状に関する前記中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の前記内部構造の形状が作成される処理と、
前記計測対象物の前記表面の形状と前記部材の前記内部構造の形状とが比較されて肉厚の分布を得る処理とを有する
ことを特徴とする三次元形状の計測方法。 The thickness is measured at at least one point selected as the point where the thickness is actually measured for each section with a different shape based on the standard dimensions of the members that make up the surface of the object to be measured. A process in which the position of the actual thickness measurement location is specified while the
A process of generating a cross-sectional shape of the member constituting the surface of the object to be measured based on the reference dimension at the actual thickness measurement location of the member;
The shape of the surface of the object to be measured and the cross-sectional shape of the member are fitted to identify the position of the cross-sectional shape of the member with respect to the shape of the surface of the object to be measured, and to determine the cross-sectional shape of the member. a process in which the center position is calculated;
A process of arranging the cross section of the internal structure of the member so that the boundary of the cross section of the internal structure of the member passes through a position separated from the surface of the measurement object by the actual thickness value of the member;
a process in which the shape of the internal structure of the member is created as a portion through which the cross-section of the internal structure of the member has moved relative to the center position with respect to the cross-sectional shape of the member;
a three-dimensional shape measuring method, comprising: obtaining a thickness distribution by comparing the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the internal structure of the member.
前記計測対象物の表面を構成する部材の前記肉厚実測箇所での前記基準寸法に基づいて当該部材の断面形状を生成する手段と、
前記計測対象物の表面の形状と前記部材の前記断面形状とをフィッティングして前記計測対象物の前記表面の形状に対する前記部材の前記断面形状の位置を特定すると共に前記部材の前記断面形状に関する中心位置を計算する手段と、
前記計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の前記内部構造の断面を配置する手段と、
前記部材の前記内部構造の断面が前記部材の前記断面形状に関する前記中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の前記内部構造の形状を作成する手段と、
前記計測対象物の前記表面の形状と前記部材の前記内部構造の形状とを比較して肉厚の分布を得る手段とを有する
ことを特徴とする三次元形状の計測装置。 Measure the thickness at at least one point selected as the point where the thickness is actually measured for each section with a different shape based on the standard dimensions of the members that make up the surface of the object to be measured. and a means for specifying the position of the actual thickness measurement location;
means for generating a cross-sectional shape of the member constituting the surface of the object to be measured based on the reference dimensions of the member at the actual thickness measurement location ;
fitting the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the cross-section of the member to identify the position of the shape of the cross-section of the member with respect to the shape of the surface of the object to be measured, and the center of the shape of the cross-section of the member means for calculating position;
means for arranging the section of the internal structure of the member so that the boundary of the section of the internal structure of the member passes through a position separated from the surface of the object to be measured by the actual thickness value of the member;
means for creating the shape of the internal structure of the member as a portion through which the cross-section of the internal structure of the member has moved relative to the center position with respect to the cross-sectional shape of the member;
and means for obtaining a thickness distribution by comparing the shape of the surface of the object to be measured with the shape of the internal structure of the member.
前記計測対象物の表面を構成する部材の前記肉厚実測箇所での前記基準寸法に基づいて当該部材の断面形状を生成する処理と、
前記計測対象物の表面の形状と前記部材の前記断面形状とをフィッティングして前記計測対象物の前記表面の形状に対する前記部材の前記断面形状の位置を特定すると共に前記部材の前記断面形状に関する中心位置を計算する処理と、
前記計測対象物の表面から前記部材の肉厚実測値の分だけ離れた位置を前記部材の内部構造の断面の境界が通るように前記部材の前記内部構造の断面を配置する処理と、
前記部材の前記内部構造の断面が前記部材の前記断面形状に関する前記中心位置と関連づけられて移動して通過した部分として前記部材の前記内部構造の形状を作成する処理と、
前記計測対象物の前記表面の形状と前記部材の前記内部構造の形状とを比較して肉厚の分布を得る処理とを
コンピュータに行わせる
ことを特徴とする三次元形状の計測プログラム。 Measure the thickness at at least one point selected as the point where the thickness is actually measured for each section with a different shape based on the standard dimensions of the members that make up the surface of the object to be measured. Then, a process of specifying the position of the actual thickness measurement location;
A process of generating a cross-sectional shape of the member constituting the surface of the object to be measured based on the reference dimensions at the actual thickness measurement location of the member;
fitting the shape of the surface of the object to be measured and the shape of the cross-section of the member to identify the position of the shape of the cross-section of the member with respect to the shape of the surface of the object to be measured, and the center of the shape of the cross-section of the member a process of calculating a position;
A process of arranging the section of the internal structure of the member so that the boundary of the section of the internal structure of the member passes through a position separated from the surface of the measurement object by the actual thickness value of the member;
creating a shape of the internal structure of the member as a portion through which the cross-section of the internal structure of the member has moved relative to the center position with respect to the cross-sectional shape of the member;
A three-dimensional shape measurement program for causing a computer to perform a process of obtaining a thickness distribution by comparing the shape of the surface of the object to be measured with the shape of the internal structure of the member.
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