JP7356019B2

JP7356019B2 - 面歪評価装置、面歪評価方法、及び、プログラム

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Publication number: JP7356019B2
Application number: JP2019211472A
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Inventors: 亨吉田; 靖典澤; 隆一西村; 亮米林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2023-10-04
Anticipated expiration: 2039-11-22
Also published as: JP2021081384A

Description

本発明は、金属板等の構造物の面歪を評価する装置、方法、及びプログラムに関する。

例えば、プレス成形された自動車用外板又は建築用壁面パネル等の表面では、表面の微小な凹凸である面歪が問題となることがある。面歪を定量的に評価する方法として、特許第５３８７４９１号公報（特許文献１）には、金属板の面歪を評価する評価方法が開示されている。この方法では、測定装置で金属板の表面形状を測定し、計測値に基づく直行格子点上の値を用いて、ガウス曲率を計算する。フィルタリングされたガウス曲率の計算値に基づいて、金属板の面歪を評価する。

特許第３７６４８５６号公報（特許文献２）には、車体パネルの被測定面の形状不具合を評価する方法が記載されている。この方法では、実測された車体パネルの点群データと、車体パネルの設計データに基づいて生成された点群データから、点群の各点を結んで２つのメッシュ状の二次曲面を生成する。両二次曲面の点群の全ての点について、点を中心とする所定の領域の曲面を切り取る。切り取られた曲面の曲率を演算する。両二次曲面の各点の曲率に基づいて、それぞれの点における曲率差を演算する。曲率差をその点の属性データとして設定する。

特開２０１７－１１６４０４号公報（特許文献３）には、ドアパネルのような物体の表面の歪を認識する形状認識装置が記載されている。この装置は、３次元データ中の所定領域の形状が詳細に反映された複数の曲率としての詳細形状データと、所定領域の形状が、詳細形状データより粗く反映された複数の曲率としてベース形状データに基づき、物体のベースとなる形状を基準とした歪値（面歪）を取得する。

特許第５３８７４９１号公報特許第３７６４８５６号公報特開２０１７－１１６４０４号公報

発明者らは、上記従来の面歪評価方法では、微小な面歪を評価できない場合があることを見出した。

本発明は、より微小な面歪を定量的に評価できる面歪評価装置、面歪評価方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態における面歪評価装置は、実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面の形状を示す表面形状データであって、３次元の直交座標系における前記評価対象の表面の点群の座標を含む、表面形状データを取得する表面形状データ取得部と、前記構造物の設計上の表面の形状を示す表面設計データであって、前記直交座標系において、前記設計上の表面における点群の座標を含む、表面設計データを取得する表面設計データ取得部と、前記表面形状データを用いて、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、第１ゲージ長で第１曲率を計算する第１曲率計算部と、前記表面設計データを用いて、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、第２ゲージ長で第２曲率を計算する第２曲率計算部と、前記第１曲率の前記第２曲率に対する相対値を計算する評価値計算部と、を備える。前記直交座標系において、前記表面形状データが示す前記評価対象の表面の点群は、第１の方向から見て規則的に配列されている。前記直交座標系において、前記表面設計データが示す前記設計上の表面の点群は、前記第１の方向から見て、前記評価対象の表面の点群と重なる点群を含む。前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率の点と前記第２曲率の点は、前記第１の方向から見て重なる位置にある。前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率についての第１ゲージ長は、前記第２曲率についての第２ゲージ長に相当する長さである。

本発明によれば、より微小な面歪を定量的に評価できる。

図１は、本実施形態における面歪評価装置の構成例を示す図である。図２は、表面形状データが示す評価対象の表面の例を示す図である。図３は、設計データが示す設計上の表面の例を示す図である。図４は、表面設計データを説明するための図である。図５は、図１に示す面歪評価装置の動作例を示すフローチャートである。図６は、第１曲率及び第２曲率の計算例を説明するための図である。図７は、ドアアウタパネルの例を示す図である。図８は、図７のドアアウタパネルのエンボス部付近の面歪評価結果を示す画像の例を示す図である。図９は、検査員が、図７のドアアウタパネルのエンボス部付近で面歪有りと判断した領域を示す図である。

上記構成によれば、３次元の直交座標系において、第１の方向から見て、表面形状データの点群に、表面設計データの点群のデータが重なる。表面形状データの点群は第１の方向から見て規則的に配列されるため、表面設計データの点群も第１の方向から見て規則的に配置されるものを含むことになる。さらに、第１の方向から見て重なる、表面形状データの点と表面設計データの点とで、第１曲率と第２曲率が計算される。ここで、表面形状データから第１ゲージ長の第１曲率が計算され、表面設計データから第２ゲージ長の第２曲率が計算される。第１の方向から見て重なる２点のそれぞれの曲率についてのゲージ長は互いに相当する長さである。そのため、第１方向から見て同じ位置の表面形状データの点と表面設計データの点で、互いに相当するゲージ長で曲率（すなわち第１曲率及び第２曲率）が計算される。そして、第１の方向から見て同じ位置、且つ、相当するゲージ長で計算された第１曲率と第２曲率の相対値が計算される。このようにして得られる相対値は、評価対象の表面と設計上の表面との微小な曲率の違いを反映することができる。その結果、より微小な面歪を定量的に評価することができる。

ゲージ長は、表面における１つの点について曲率を計算する際に、曲率を計算する対象となる部分の長さを示す値である。第２ゲージ長が、第１ゲージ長に相当する場合は、第１ゲージ長と第２ゲージ長が等しい場合の他、面歪の評価精度に影響しない程度に等しいと見なせる場合も含む。

前記表面形状データ取得部は、前記実測又はシミュレーションにより得られた構造物の表面の計測点又はノードを補間することにより、前記第１の方向から見て規則的に配列された前記評価対象の表面の点群の座標を含む表面形状データを生成してもよい。これにより、規則的に配列された点群の座標を含む表面形状データが得られる。

前記表面形状データは、前記第１の方向から見て、隣接する２点間の距離が等しくなるように規則的に配置された点群の座標を含んでもよい。前記表面設計データは、前記第１の方向から見て、前記表面形状データの点群の配列と同じ配列の点群の座標を含んでもよい。この場合、表面形状データ及び表面設計データは、前記第１の方向から見て等間隔で並ぶ点群の座標を含む。これにより、表面形状データ及び表面設計データの点群のそれぞれにおいて曲率を計算する際に、ゲージ長を均一にしやすくなり、処理効率を高めることができる。また、例えば、ゲージ長を可変とした場合も、処理効率が高くなる。

上記面歪評価装置は、ゲージ長の指定をユーザから受け付けてもよい。前記第１曲率計算部は、前記ユーザが指定したゲージ長に基づく第１ゲージ長で前記第１曲率を計算してもよい。前記第２曲率計算部は、前記ユーザが指定したゲージ長に基づく第２ゲージ長で前記第２曲率を計算してもよい。これにより、ユーザがゲージ長を調整することができる。評価対象の表面の少なくとも一部でゲージ長を調整可能としてもよい。設計上の表面の少なくとも一部でゲージ長を調整可能としてもよい。

上記面歪評価装置は、前記相対値の分布を示す画像を出力する出力部をさらに備えてもよい。これにより、より微小な面歪の分布をわかりやすく表示することができる。

本発明の実施形態における面歪評価方法は、コンピュータが実行する面歪評価方法である。面歪評価方法は、実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面の形状を示す表面形状データであって、３次元の直交座標系において前記評価対象の表面における点群の座標を含む、表面形状データを取得する工程と、前記構造物の設計上の表面の形状を示す表面設計データであって、前記直交座標系において、前記設計上の表面における点群の座標を含む、表面設計データを取得する工程と、前記表面形状データを用いて、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、第１ゲージ長で第１曲率を計算する工程と、前記表面設計データを用いて、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、第２ゲージ長で第２曲率を計算する工程と、前記第１曲率の前記第２曲率に対する相対値を計算する工程と、を含む。前記直交座標系において、前記表面形状データが示す前記評価対象の表面の点群は、第１の方向から見て規則的に配列されている。前記直交座標系において、前記表面設計データが示す前記設計上の表面の点群は、前記第１の方向から見て前記評価対象の表面の点群と重なる点群を含む。前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率の点と前記第２曲率の点は、前記第１の方向から見て重なる位置にある。前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率についての第１ゲージ長は、前記第２曲率についての第２ゲージ長に相当する長さである。

本発明の実施形態におけるプログラムは、実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面の形状を示す表面形状データであって、３次元の直交座標系において前記評価対象の表面における点群の座標を含む、表面形状データを取得する処理と、前記構造物の設計上の表面の形状を示す表面設計データであって、前記直交座標系において、前記設計上の表面における点群の座標を含む、表面設計データを取得する処理と、前記表面形状データを用いて、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、第１ゲージ長で第１曲率を計算する処理と、前記表面設計データを用いて、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、第２ゲージ長で第２曲率を計算する処理と、前記第１曲率の前記第２曲率に対する相対値を計算する処理と、コンピュータに実行させる。前記直交座標系において、前記表面形状データが示す前記評価対象の表面の点群は、第１の方向から見て規則的に配列されている。前記直交座標系において、前記表面設計データが示す前記設計上の表面の点群は、前記第１の方向から見て前記評価対象の表面の点群と重なる点群を含む。前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率の点と前記第２曲率の点は、前記第１の方向から見て重なる位置にある。前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率についての第１ゲージ長は、前記第２曲率についての第２ゲージ長に相当する長さである。

前記表面設計データ取得部は、前記構造物の設計上の表面を示す設計データに基づいて、前記表面設計データを生成してもよい。例えば、前記表面設計データ取得部は、前記表面形状データの点群と前記第１の方向から見て重なる、設計上の表面における点群の座標を生成することで、前記表面設計データを生成してもよい。

前記面歪評価装置は、実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面を示す形状データと、前記構造物の設計上の表面を示す設計データとを、前記直交座標系において、前記評価対象の表面と前記設計上の表面の位置が合う状態を示すデータにする、位置合わせ部をさらに備えてもよい。前記評価対象の表面と前記設計上の表面の位置を合う状態は、例えば、直交座標系において、評価対象の表面の凹凸と設計上の表面の凹凸が合うようにこれらの相対位置が決定された状態とすることができる。位置合わせ部は、例えば、前記評価対象の表面と前記設計上の表面の距離が最小となるように、形状データ及び設計データの少なくとも一方の座標の値を決定してもよい。この場合、前記表面形状データ取得部は、位置合わせがされた前記形状データに基づく前記表面形状データを取得することができる。前記表面設計データ取得部は、位置合わせがされた前記設計データに基づく前記表面設計データを取得することができる。前記表面形状データの点群の座標は、前記位置合わせ部により決定された評価対象の表面の座標であり、前記表面設計データの点群の座標は、前記位置合わせ部により決定された設計上の表面の座標であってもよい。なお、位置合わせ部は、上記の表面形状データ取得部又は表面設計データ取得部の一部であってもよい。

表面形状データは、形状データに基づくデータである。例えば、形状データに基づいて評価対象の表面の点群の座標を示す表面形状データが生成されてもよい。例えば、表面形状データ取得部は、規則的でない点群で表面の形状を表す形状データを読み込み、第１の方向から見て規則的な点群の座標を含む表面形状データを生成してもよい。又は、形状データが、第１の方向から見て規則的に配置された点群を含む場合は、形状計データをそのまま表面形状データとしてもよい。表面設計データは、設計データに基づくデータである。例えば、設計データに基づいて設計上の表面の点群の座標を示す表面設計データが生成されてもよい。表面設計データ取得部は、例えば、設計データを読み込み、第の方向から見て評価対象の表面の点群と重なる設計上の表面の点群の座標を含む表面設計データを生成してもよい。又は、設計データが、表面形状データと第１の方向から見て重なる点群を含む場合は、設計データをそのまま表面設計データとしてもよい。

前記第１曲率計算部及び前記第２曲率計算部で用いられる表面形状データと表面設計データは、位置合わせ処理が施されたデータである。すなわち、表面形状データの点群で示される評価対象の表面と、表面設計データの点群で示される設計上の表面は、直交座標系において、位置が合っている状態である。位置が合っている状態は、例えば、第１の方向から見て評価対象の表面と設計上の表面の位置がずれていない状態とすることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

図１は、本実施形態における面歪評価装置１０の構成を示す図である。面歪評価装置１０は、表面形状データ取得部１１、表面設計データ取得部１２、第１曲率計算部１３、第２曲率計算部１４、評価値計算部１５、及び出力部１６を備える。面歪評価装置１０は、例えば、ＣＡＤシステムに記録された設計データを取得する。また、面歪評価装置１０は、構造物の表面の形状を計測する計測システムから形状データを取得する。ここで、形状データは、計測システムによる実測で得られた構造物の評価対象の表面を示すデータである。設計データは、構造物の設計上の表面を示すデータである。なお、面歪評価装置１０は、計測システムの代わりに解析システムから、シミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面を示すデータを形状データとして取得してもよい。

表面形状データ取得部１１は、実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面の形状を示す表面形状データを取得する。表面形状データは、例えばＸＹＺ軸を有する３次元の直交座標系において評価対象の表面における点群の座標を含む。評価対象の表面の点群は、Ｚ方向から見て規則的に配列されている。Ｚ方向は、第１の方向の一例である。

図２は、表面形状データで示される評価対象の表面の一例を示す図である。図２に示す例では、評価対象の表面の点群の座標によって表面の形状が示される。例えば、金属板をプレス成形して得られた自動車の外板の一部の表面を、評価対象とすることができる。

表面形状データ取得部１１は、形状データに基づいて、表面形状データを生成してもよい。例えば、形状データにより示される構造物の表面の計測点又はノードを補間することにより、Ｚ方向から見て規則的に配列された点群の座標を示す表面形状データを生成してもよい。実測又はシミュレーションで得られる形状データにおいて、評価対象の表面の点群のデータは、規則的に並んでいない場合がある。このような場合は、形状データが示す表面の点群を補間して、Ｚ方向から見て規則的に配列された点群のデータを生成することができる。規則的に配列された点群では、点群の配列の仕方に規則性がある。例えば、仮想線上に等間隔に配列された点群や、隣接する２点間の距離が等しくなるよう配置された点群等は、規則的に配置された点群の例である。一例として、直交格子の各交点（直交格子点）の位置に点群を配置することができる。

例えば、計測システムにおいて、構造物の表面を二次元に走査して計測値を取得することができる。具体例として、Ｘ方向の走査線上の複数の位置で構造物の表面の高さ（Ｚ方向の位置）を計測する処理を、走査線をＹ方向にずらしながら繰り返すことで、表面の形状を示す計測値を取得できる。この場合、複数の計測点のうち少なくとも一部の計測点のＸＹ座標は、直交格子上の点からずれる場合がある。このような場合、直交格子上の各点が並ぶように補間することができる。例えば、Ｘ方向又はＹ方向に並ぶ複数の計測点を直線補間してもよい。これにより、Ｚ方向から見て直交格子点に配置された点群の表面形状データが得られる。

なお、形状データの点群が規則的に配列されている場合、表面形状データ取得部１１は、補間による規則的に配列された点群のデータ生成を実行しなくてもよい。この場合、表面形状データ取得部１１は、実測又はシミュレーションで得られた形状データを、外部から受信してメモリに格納する等、面歪評価装置１０からアクセス可能な状態とすることで、表面形状データを取得する。

表面設計データ取得部１２は、構造物の設計上の表面の形状を示す表面設計データを取得する。表面設計データは、設計上の表面の点群の座標を含む。点群の座標は、上記の表面形状データと同じ直交座標系の座標とすることができる。直交座標系において、表面設計データが示す設計上の表面の点群は、Ｚ方向から見て、評価対象の表面の点群と重なる点群を含む。すなわち、表面設計データの設計上の表面における点群は、表面形状データの評価対象の表面の点群とＸＹ座標が同じであるものを含む。

表面設計データ取得部１２は、ＣＡＤシステムの設計データに基づいて、表面設計データを生成してもよい。例えば、表面設計データ取得部１２は、設計データが示す構造物の設計上の表面において、表面形状データの点群のＸＹ座標と同じＸＹ座標の点群の座標を生成することができる。これにより、評価対象の表面の点群と第１の方向（Ｚ方向）から見て重なる設計上の表面の点群のデータが得られる。

図３は、設計データで示される設計上の表面の一例を示す図である。図３は、図２に示した構造物の設計上の表面を示す。例えば、設計データが、ＣＡＤデータである場合、設計上の表面は、面データで表される。このような場合、表面設計データ取得部１２は、面データで表される設計上の表面における点群の座標データを生成する。この時、設計上の表面の点群のＸＹ座標は、上記の表面形状データの点群のＸＹ座標と同じにすることができる。

図４は、設計データから表面設計データを生成する例を説明するための図である。図４は、ＸＹＺ軸を有する直交座標系における評価対象の表面と設計上の表面の例を示す。図４では、面Ｐは、設計データ（ＣＡＤデータ）で表される設計上の表面である。面Ｑは、表面形状データの点群により表される評価対象の表面である。面Ｑを表す点群は、Ｚ軸方向から見て直交格子上に配列される。面Ｑを表す点群は、Ｚ軸方向から見て、隣接する点間の距離ｄが、等しくなるよう配列される。

言い換えると、面Ｑは、ＸＹ平面の格子点に対応する位置の点群で表される。面Ｐも、ＸＹ平面の格子点に対応する位置の点群で表すことができる。これにより、面Ｐを表す点群のＸＹ座標を、面Ｑを表す点群のＸＹ座標と同じにできる。なお、面Ｐを表す点群は、ＸＹ平面の格子点のそれぞれに設計データで示される面ＰのＺ座標を変数として持たせたものと言うことができる。ＸＹ平面における１つの格子点（ｘ,ｙ,ｚ）＝（ｘ１，ｙ１、０）に対して、面Ｑの点ｑ１（ｘ１,ｙ１,ｚ２）と、面Ｐの点ｐ１（ｘ１,ｙ１,０）が生成される。ｑ１は、表面形状データの点群の１つとなり、ｐ１は、表面設計データの点群の１つとなる。ＸＹ平面の各格子点について、面Ｑの点と面Ｐの点の座標データが生成される。これにより、表面形状データ及び表面設計データが生成される。

表面形状データ及び表面設計データのＺ軸方向（第１の方向）は、任意に設定できる。例えば、ユーザから、Ｚ軸方向の指定を受け付けてもよい。また、ＸＹ平面における格子の間隔である隣接する点間の距離ｄも任意に設定できる。例えば、ユーザから、距離ｄの指定を受け付けてもよい。

面Ｑと面Ｐの相対位置関係は、予め位置合わせされている。形状データが示す評価対象の表面と、設計データが示す設計上の表面との位置関係を、直交座標系において特定する位置合わせ処理が、面歪評価装置１０において予め実行されてもよい。面歪評価装置１０は、位置合わせ処理を実行する位置合わせ部（図示略）をさらに備えてもよい。

位置合わせ部は、ＣＡＤシステムに記憶された設計データを読み込んで取得し、測定システムから形状データを受信して取得する。形状データは、構造物の評価対象の表面を表す点群のデータを含む。位置合わせ部は、形状データの点群を、設計データと同じ直交座標系において、回転、シフトして、大まかに設計データが表す設計上の表面に重ねる処理を実行する。回転、シフトは、例えば、ユーザからの操作に応じて行ってもよい。位置合わせ部は、形状データの各点で、設計上の表面の最近点を計算し、形状データの各点と設計上の表面との距離（誤差）を計算する。形状データの全ての点で設計上の表面との誤差が小さくなる形状データの点群の位置を探索する。形状データの全ての点で設計上の表面との誤差が最小になると判断される形状データの点群の位置を決定する。誤差最小と判断される形状データの点群の設計上の表面に対する位置を、位置合わせされた位置とする。例えば、最小二乗法を用いて、誤差が最小になる位置関係を決定することができる。位置合わせ部は、設計上の表面と、形状データの点群（すなわち評価対象の表面を表す点群）の位置関係を、位置合わせを示すデータとして記録してもよい。例えば、図４に示す面Ｑと面Ｐの位置関係も、位置合わせ部によって決定されてもよい。

なお、位置合わせ処理は、ＣＡＤシステム、計測システムその他外部で実行されてもよい。例えば、ＣＡＤ又は点群処理アプリケーションに含まれるベストフィット機能を用いて、位置合わせを実行することができる。

図１を再び参照し、第１曲率計算部１３は、表面形状データ取得部１１が取得した表面形状データを用いて、評価対象の表面の点群のそれぞれにおいて、第１曲率を計算する。第２曲率計算部１４は、表面設計データ取得部１２が取得した表面設計データを用いて、設計上の表面の点群のそれぞれにおいて、第２曲率を計算する。第１曲率は、対象となるＸＹ座標の点群について計算される。第１曲率は、第１ゲージ長で計算される。第２曲率は、第１曲率が計算された点群と同じＸＹ座標の点群について計算される。第２曲率は、第２ゲージ長で計算される。同じＸＹ座標の評価対象の表面の点と設計上の表面の点において、第１ゲージ長は第２ゲージ長に相当する長さであることが好ましい。すなわち、Ｚ方向から見て重なる評価対象の表面の点の設計上の表面の点の曲率計算の際のゲージ長は略同じであることが好ましい。これにより、評価対象の表面と設計上の表面の同じ位置において、同じゲージ長で、それぞれ曲率（すなわち第１曲率及び第２曲率）を計算することができる。なお、曲率の計算例については、後述する。

評価値計算部１５は、同じＸＹ座標における評価対象の表面の点の第１曲率と設計上の表面の点の第２曲率との相対値を計算する。相対値は、同じＸＹ座標の（すなわちＺ方向から見て重なる）２点における第１曲率と第２曲率との相違の度合いを示す値である。同じＸＹ座標の点における第１曲率と第２曲率は、同じゲージ長で計算されている。そのため、第１曲率と第２曲率の相対値は、評価対象の表面の曲率と、設計上の表面の曲率との違いを精度良く表したものとなる。そのため、この相対値により、より微小な面歪を定量的に評価することができる。相対値は、特に限定されないが、第１曲率と第２曲率の差又は比とすることができる。

出力部１６は、相対値を面歪の評価値として出力する。例えば、出力部１６は、相対値の分布を示す画像を出力してもよい。これにより、面歪の位置及び量を画像に表すことができる。

面歪評価装置１０は、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータで構成される。プロセッサが、メモリに記録されたプログラムを実行することで、表面形状データ取得部１１、表面設計データ取得部１２、第１曲率計算部１３、第２曲率計算部１４、評価値計算部１５、及び出力部１６の機能を実現することができる。なお、面歪評価装置１０は、複数のプロセッサを含んでもよい。例えば、面歪評価装置１０は、分散された複数のコンピュータにより実現されてもよい。また、面歪評価装置１０を構成するコンピュータは、補助記録装置、通信部、入出力インターフェースその他のデバイスを含んでもよい。コンピュータを面歪評価装置１０として機能させるプログラム及びそのようなプログラムを記録した非一時的（non-transitory）な記録媒体も、本発明の実施形態に含まれる。また、面歪評価装置１０のプロセッサが、表面形状データ取得部１１、表面設計データ取得部１２、第１曲率計算部１３、第２曲率計算部１４、評価値計算部１５、及び出力部１６の機能を実現する処理を実行する方法も、本発明の実施形態に含まれる。

［動作例］
図５は、面歪評価装置１０の動作例を示すフローチャートである。図５に示す例では、表面形状データ取得部１１が、表面形状データを取得する（ステップＳ１）。表面形状データ取得部１１は、計測システムから構造物の評価対象の表面の形状を示す形状データを読み込む。形状データを基に、表面形状データを生成する。形状データで示される表面の点群が規則的に配列していない場合、表面形状データ取得部１１は、点群を補間して、規則的に配列した点群のデータを表面形状データとして生成する。これにより、表面の計測手法に制約されず、表面形状データを生成することができる。例えば、ランダムな計測点座標を含む形状データから、表面形状データを生成し、面歪を評価することができる。

ステップＳ１において、表面形状データ又は形状データが示す評価対象の表面と、設計データが示す設計上の表面と位置合わせ処理が実行されてもよい。位置合わせ処理では、ＣＡＤシステムから読み込んだ設計データが示す設計上の表面と、評価対象の表面とのフィッティング処理が実行される。なお、位置合わせ処理は、面歪評価装置１０のコンピュータで実行されてもよいし、ＣＡＤシステム又は計測システムのコンピュータで実行されてもよい。

表面設計データ取得部１２は、表面設計データを取得する（ステップＳ２）。表面設計データ取得部１２は、ＣＡＤシステムから構造物の設計上の表面を示す設計データを読み込む。設計データを基に、表面設計データを生成する。表面設計データは、表面形状データの点群と同じＸＹ座標の点群の座標を含む。

なお、ステップＳ１とステップＳ２の処理の順番は、特に限定されない。ステップＳ１が、ステップＳ２の後に実行されてもよい。すなわち、表面設計データを生成した後に、表面形状データを生成してもよい。

ステップＳ３では、表面形状データを基に第１曲率が計算され、表面設計データを基に第２曲率が計算される。曲率の計算は、特に限定されないが、例えば、任意の方向の曲率（Ｘ方向曲率、Ｙ方向曲率など）、ガウス（Ｇａｕｓｓ）曲率、平均曲率（Ｍｅａｎｃｕｒｖａｔｕｒｅ）、最小主曲率（Ｍｉｎｉｍｕｍｃｕｒｖａｔｕｒｅ）、最大主曲率（Ｍａｘｃｕｒｖａｔｕｒｅ）、最大主曲率方向、又は、最小主曲率方向、もしくはこれらの組み合わせを計算してもよい。

各点における曲率の計算においては、パラメータとしてゲージ長が設定される。ゲージ長は、曲率計算の対象となる部分の長さである。例えば、１つの点について、ある１つの方向における曲率を計算する場合、その点を含み、その方向にゲージ長だけ延びる範囲における曲率が計算される。ゲージ長の値は、予め記録された値が用いられてもよいし、ユーザから受け付けた値が用いられてもよい。

第１曲率計算部１３は、対象のＸＹ座標の点群の各点について、第１曲率を計算する。対象のＸＹ座標は、評価対象となる領域であり、予め面歪評価装置１０に記録されたデータを基に決定されてもよい、ユーザからの入力に基づいて決定されてもよい。第２曲率計算部１４は、対象のＸＹ座標の点群の各点について、第２曲率を計算する。第２曲率が計算される領域は、第１曲率が計算される領域と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

第１曲率計算部１３は、対象のＸＹ座標の点群の全ての点について、同じ第１ゲージ長を設定してもよいし、全ての点群のうち一部の点群に、異なる第１ゲージ長を設定してもよい。すなわち、評価対象領域に、複数の互いに異なるゲージ長が設定されてもよい。例えば、評価対象領域の部分に、他の部分より小さいゲージ長を設定することで、その部分において他の部分より緻密な面歪の評価が可能になる。或いは、評価対象領域の端部のゲージ長を、他の部分のゲージ長より小さく設定することで、評価不能領域を抑制することができる。第２ゲージ長は、第１ゲージ長に相当する値とすることができる。

同じＸＹ座標の点における第１曲率の第１ゲージ長と、第２曲率の第２ゲージ長は、厳密に同じでなくてもよい。面歪評価の精度に著しく影響しない程度に、第１ゲージ長と第２ゲージ長が異なっていてもよい。第１ゲージ長と第２ゲージ長の差は、例えば、５ｍｍ以内、好ましくは、１ｍｍ以内とすることができる。

図６は、第１曲率及び第２曲率の計算例を説明するための図である。図６に示す例では、表面形状データの点群ｑ１～ｑ７は、表面設計データの点群ｐ１～ｐ７と、ぞれぞれ、Ｚ方向から見て重なっている。図６では、一例として、点ｑ４を対象として、第１ゲージ長ＧＬ１でＸ方向の第１曲率が計算され、点ｐ４を対象として、第２ゲージ長ＧＬ２でＸ方向の第２曲率が計算される。ＧＬ１＝ＧＬ２である。第１ゲージ長ＧＬ１の範囲内にある表面形状データの点群ｑ２～ｑ６は、第２ゲージ長ＧＬ２の範囲内にある設計形状データの点群ｐ２～ｐ６とそれぞれ、Ｚ方向から見て重なっている。これにより、同じ位置、且つ、同じゲージ長で、評価対象の表面の曲率（第１曲率）と、設計上の表面の曲率（第２曲率）を計算することができる。これにより、第１曲率と第２曲率との相対値が、評価対象の表面と設計上の表面との曲率の違いをより精度よく示す値となる。また、ゲージ長の範囲内の点群ｑ２～ｑ６及び点群ｐ２～ｐ６は、いずれも、規則的に配列されている。より精度よく曲率の違いを検出することができる。

図６に示す例では、第１曲率計算部１３は、例えば、曲率計算の対象の点ｑ４及びゲージ長の両端に位置する点ｑ２、ｑ６の３点を用いて、３点曲率を計算することができる。第２曲率計算部１４も、同様に、ｐ４、ｐ２、ｐ６の３点を用いて、３点曲率を計算することができる。又は、第１曲率計算部１３は、ゲージ長の範囲にある全ての点ｑ２～ｑ６を用いて、例えば、最小二乗近似により曲率を計算することができる。第２曲率計算部１４も、同様に、ゲージ長の範囲にある全ての点ｐ２～ｐ６を用いて、例えば、最小二乗近似により曲率を計算することができる。

第１ゲージ長及び第２ゲージ長は、可変としてもよい。例えば、面歪評価装置１０は、ユーザからゲージ長の指定を受け付けてもよい。この場合、第１曲率計算部１３は、ユーザが指定したゲージ長を第１ゲージ長としてもよい。第２曲率計算部１４は、第２ゲージ長を第１ゲージ長と同じとすることができる。また、ユーザが、評価対象領域の複数の部分に異なるゲージ長を設定できるように、ゲージ長と領域の指定の両方を受け付けることもできる。

評価値計算部１５は、対象のＸＹ座標の点群のそれぞれについて、第１曲率の第２曲率に対する相対値を計算する（ステップＳ４）。一例として、評価値計算部は、対象のＸＹ座標の点群のそれぞれについて、第１曲率と第２曲率の差分を計算することができる。これにより、同じ位置、同じゲージ長の曲率値の差分が計算される。この差分の値により、微小な面歪を評価できる。

出力部１６は、ステップＳ４で計算された相対値を出力する（ステップＳ５）。例えば、出力部１６は、対象のＸＹ座標における相対値の分布を示す画像を出力する。例えば、画像として、コンター表示又は断面曲率分布を示す画像を出力することができる。画像は、例えば、面歪評価装置１０のコンピュータが接続されるディスプレイに出力される。

図７は、ドアアウタパネルの例を示す図である。図８は、図７のドアアウタパネルのドアハンドルのエンボス部付近の面歪評価結果を示す画像の例を示す図である。図９は、検査員が、図７のドアアウタパネルのドアハンドルのエンボス部付近で面歪有りと判断した領域を示す図である。図８は、本実施形態における面歪評価装置１０によって計算された相対値の分布を示す画像の一例である。すなわち、図８の画像は、図５のステップＳ５で出力される画像の一例である。図８に示す例では、本手法による設計データと実測データの車両前後方向の曲率の差分値を示しており、エンボス部付近の矢印で示した部分に微小な面歪がわかりやすく表示されている。これらは、図９に示す、検査員が面歪と判断した領域と対応している。これにより、面歪評価装置１０により、面歪発生部位を、定量的に評価できることがわかる。

本実施形態では、実測又はシミュレーションにより得られる形状データと、設計データ（ＣＡＤデータ）の座標を合わせ、位置及びゲージ長の条件を同じにしてそれぞれの表面の曲率を計算する。これらの曲率の相対値を計算することで、微妙な面歪を反映した情報が得られる。すなわち、表面形状データと設計形状データのＸＹ座標が合っているので、位置及びゲージ長の条件を合わせることができる。位置及びゲージ長の条件を合わせて計算された、評価対象の表面の曲率と設計上の表面の曲率の相対値を取ることで、設計上の表面に対する評価対象の表面のずれをより正確に検出できる。

本実施形態は、面歪の評価の他、線ずれ又はショックラインの検出にも適用できる。さらには、ピンプル（星目ともいう）等の検出にも適用できる。面歪評価の対象となる構造物は、特に限定されないが、例えば、自動車外板等のプレス成形品が挙げられる。

例えば、自動車の外板の面品質は商品価値を左右するデザインの実現に影響する重要な管理項目である。一般に造形が厳しい領域（例えば、ドアのハンドルエンボス近傍）では微小な歪が生じる場合も多い。従来は、検査員が合格／不合格の判断をしている。本実施形態の面歪評価の技術を用いることで、このような微小な面歪を定量的に評価できる。また、高い面品質が求められる外板の試作段階では、金型修正等を繰り返し、面品質が向上する条件出しを時間と工数をかけて実施する必要がある。その際も、面品質を検査員による官能評価で実施した場合、どの対策を採用すれば効果が大きいかの定量化がなされておらず、効率的な開発ができない。さらに、外板の高強度薄肉化のため、外板パネルに薄手ハイテンを適用するためには面歪が課題となる。このような状況において、発明者らは、従来のコンピュータを用いた面歪評価方法では、微小な歪を検出できない場合があることがわかった。発明者らは、コンピュータを用いた面歪の定量評価を検討した。鋭意検討の結果、実測で得られた表面と、設計上の表面の位置とゲージ長を合わせて、それぞれの曲率を計算し、これらの相対値を計算することで、面歪の検出の精度を格段に高めることができることを見出した。上記実施形態は、この知見に基づくものである。なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。

上記実施形態におけるＸＹＺ軸は、３次元直交座標系における互いに垂直な３つの軸、すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸である。Ｘ、Ｙ、Ｚは、これら３つの軸の便宜上の称呼であり、他の称呼（例えば、ｕ、ｖ、ｚ等）であっても意味は同じである。また、上記例では、一例として、Ｚ方向として第１の方向としているが、Ｚ方向以外の方向が第１の方向であってもよい。

１０面歪評価装置
１１表面形状データ取得部
１２表面設計データ取得部
１３第１曲率計算部
１４第２曲率計算部
１５評価値計算部
１６出力部

Claims

実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面の形状を示す表面形状データであって、３次元の直交座標系における前記評価対象の表面の点群の座標を含む、表面形状データを取得する表面形状データ取得部と、
前記構造物の設計上の表面の形状を示す表面設計データであって、前記直交座標系において、前記設計上の表面における点群の座標を含む、表面設計データを取得する表面設計データ取得部と、
前記表面形状データを用いて、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、第１ゲージ長で第１曲率を計算する第１曲率計算部と、
前記表面設計データを用いて、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、第２ゲージ長で第２曲率を計算する第２曲率計算部と、
前記第１曲率の前記第２曲率に対する相対値を計算する評価値計算部と、を備え、
前記直交座標系において、前記表面形状データが示す前記評価対象の表面の点群は、第１の方向から見て規則的に配列されており、
前記直交座標系において、前記表面設計データが示す前記設計上の表面の点群は、前記第１の方向から見て前記評価対象の表面の点群と重なる点群を含み、
前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率の点と前記第２曲率の点は、前記第１の方向から見て重なる位置にあり、
前記第１ゲージ長は、前記評価対象の表面の点群のそれぞれに設定され、前記第２ゲージ長は、前記設計上の表面の点群のそれぞれに設定され、
前記第１曲率は、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、設定された第１ゲージ長が示す範囲の点を用いて計算され、
前記第２曲率は、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、設定された第２ゲージ長が示す範囲の点を用いて計算され、
前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率についての第１ゲージ長は、前記第２曲率についての第２ゲージ長に相当する長さである、面歪評価装置。
請求項１に記載の面歪評価装置であって、
前記表面形状データ取得部は、前記実測又はシミュレーションにより得られた構造物の表面の計測点又はノードを補間することにより、前記第１の方向から見て規則的に配列された評価対象の表面の点群の座標を含む表面形状データを生成する、面歪評価装置。
請求項１又は２に記載の面歪評価装置であって、
前記表面形状データは、前記第１の方向から見て、隣接する２点間の距離が等しくなるように規則的に配置された点群の座標を含み、
前記表面設計データは、前記第１の方向から見て、前記表面形状データの点群の配列と同じ配列の点群の座標を含む、面歪評価装置。
請求項３に記載の面歪評価装置であって、
ゲージ長の指定をユーザから受け付け、
前記第１曲率計算部は、前記ユーザが指定したゲージ長に基づく第１ゲージ長で前記第１曲率を計算し、
前記第２曲率計算部は、前記ユーザが指定したゲージ長に基づく第２ゲージ長で前記第２曲率を計算する、面歪評価装置。
請求項１～４のいずれか１項に記載の面歪評価装置であって、
前記相対値の分布を示す画像を出力する出力部をさらに備える、面歪評価装置。
コンピュータが実行する面歪評価方法であって、
実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面の形状を示す表面形状データであって、３次元の直交座標系において前記評価対象の表面における点群の座標を含む、表面形状データを取得する工程と、
前記構造物の設計上の表面の形状を示す表面設計データであって、前記直交座標系において、前記設計上の表面における点群の座標を含む、表面設計データを取得する工程と、
前記表面形状データを用いて、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、第１ゲージ長で第１曲率を計算する工程と、
前記表面設計データを用いて、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、第２ゲージ長で第２曲率を計算する工程と、
前記第１曲率の前記第２曲率に対する相対値を計算する工程と、を含み、
前記直交座標系において、前記表面形状データが示す前記評価対象の表面の点群は、第１の方向から見て規則的に配列されており、
前記直交座標系において、前記表面設計データが示す前記設計上の表面の点群は、前記第１の方向から見て前記評価対象の表面の点群と重なる点群を含み、
前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率の点と前記第２曲率の点は、前記第１の方向から見て重なる位置にあり、
前記第１ゲージ長は、前記評価対象の表面の点群のそれぞれに設定され、前記第２ゲージ長は、前記設計上の表面の点群のそれぞれに設定され、
前記第１曲率は、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、設定された第１ゲージ長が示す範囲の点を用いて計算され、
前記第２曲率は、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、設定された第２ゲージ長が示す範囲の点を用いて計算され、
前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率についての第１ゲージ長は、前記第２曲率についての第２ゲージ長に相当する長さである、面歪評価方法。
実測又はシミュレーションで得られた構造物の評価対象の表面の形状を示す表面形状データであって、３次元の直交座標系において前記評価対象の表面における点群の座標を含む、表面形状データを取得する処理と、
前記構造物の設計上の表面の形状を示す表面設計データであって、前記直交座標系において、前記設計上の表面における点群の座標を含む、表面設計データを取得する処理と、
前記表面形状データを用いて、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、第１ゲージ長で第１曲率を計算する処理と、
前記表面設計データを用いて、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、第２ゲージ長で第２曲率を計算する処理と、
前記第１曲率の前記第２曲率に対する相対値を計算する処理と、をコンピュータに実行させ、
前記直交座標系において、前記表面形状データが示す前記評価対象の表面の点群は、第１の方向から見て規則的に配列されており、
前記直交座標系において、前記表面設計データが示す前記設計上の表面の点群は、前記第１の方向から見て前記評価対象の表面の点群と重なる点群を含み、
前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率の点と前記第２曲率の点は、前記第１の方向から見て重なる位置にあり、
前記第１ゲージ長は、前記評価対象の表面の点群のそれぞれに設定され、前記第２ゲージ長は、前記設計上の表面の点群のそれぞれに設定され、
前記第１曲率は、前記評価対象の表面の点群のそれぞれについて、設定された第１ゲージ長が示す範囲の点を用いて計算され、
前記第２曲率は、前記設計上の表面の点群のそれぞれについて、設定された第２ゲージ長が示す範囲の点を用いて計算され、
前記相対値のそれぞれの計算に用いられる前記第１曲率についての第１ゲージ長は、前記第２曲率についての第２ゲージ長に相当する長さである、面歪評価プログラム。