JP7410387B2 - 付属品の取り付け位置検査方法及び取り付け位置検査装置 - Google Patents
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図1に示すように、付属品付きのスパイラル鋼管Sは、スパイラル鋼管S1と、スパイラル鋼管S1の法線方向に突出して取り付けられた付属品(図1に示す例では、スパイラル鋼管S1の外面に取り付けられた吊金具S2)と、を備えている。吊金具S2は、製品の出荷時や施工現場での設置時に、スパイラル鋼管S1をクレーンで吊り下げて運搬するために取り付けられている。なお、付属品としては、吊金具S2の他に、例えば、スパイラル鋼管S1の内面に取り付けられたコマが知られている。
したがい、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査する方法が望まれている。
一方、PPF特徴量を用いたマッチングは、3次元点群データの全データから得られるキーポイントを用いるため、3次元形状測定装置の測定範囲の死角になって、3次元点群データが取得できない部分があっても、マッチングを行うことが可能である。ただし、SHOT特徴量を用いたマッチングに比べると、マッチングが失敗し易い性質を有すると考えられる。
本発明は、上記本発明者らの知見に基づき完成したものである。
(1)第1ステップ:光学式の3次元形状測定装置によって前記被検査体の表面形状を測定することで、前記被検査体表面の3次元点群データを取得する。
(2)第2ステップ:前記第1ステップで取得した前記被検査体表面の3次元点群データの座標系と、予め用意された前記被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる。
(3)第3ステップ:前記第2ステップで座標系の合致した前記被検査体表面の3次元点群データと、前記被検査体の表面形状モデルのうち、前記付属品と前記付属品の位置を基準とした前記被検査体本体の一部とを含む前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる。
(4)第4ステップ:前記第3ステップにおけるマッチング結果に基づき、前記被検査体表面の3次元点群データにおける前記付属品の取り付け位置を特定する。
ここで、前記第3ステップにおいて、前記被検査体表面の3次元点群データとマッチングさせる前記被検査体の部分的な表面形状モデルは、前記被検査体本体の一部の表面積をSA1とし、前記付属品の表面積をSA2とすると、以下の式(1)で表される。
0.25≦SA1/SA2≦0.75 ・・・(1)
マッチング精度が高まるのは、マッチングさせる部分的な表面形状モデルが含む付属品の法線方向と被検査体本体の一部の法線方向とが異なるため、マッチングに用いる特徴量に有意差がつきやすいからだと考えられる。
ここで、本発明者らの知見によれば、第3ステップにおいて、被検査体表面の3次元点群データとマッチングさせる被検査体の部分的な表面形状モデルは、付属品以外に含まれる被検査体本体の一部の表面積が大きすぎても小さすぎてもマッチング精度が悪くなり、好ましい範囲が存在する。
このため、本発明では、前記第3ステップにおいて、前記被検査体表面の3次元点群データとマッチングさせる前記被検査体の部分的な表面形状モデルは、前記被検査体本体の一部の表面積をSA1とし、前記付属品の表面積(付属品の被検査体本体の法線方向に沿った大きな2平面の合計面積であり、当該2平面を繋ぐ端面の面積は、当該2平面の面積に比べて相対的に小さいため含まない)をSA2とすると、以下の式(1)で表される。
0.25≦SA1/SA2≦0.75 ・・・(1)
すなわち、第2ステップの後、以下の第2Aステップを実行することが好ましい。
(5)第2Aステップ:前記第2ステップで座標系の合致した前記被検査体の表面形状モデルにおける前記付属品の位置に基づき、前記被検査体表面の3次元点群データのうち、前記付属品と前記被検査体本体の一部とを含み得る前記被検査体表面の部分的な3次元点群データを抽出する。
そして、本発明の第3ステップでは、第2Aステップで抽出した被検査体表面の部分的な3次元点群データと、被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせればよい。
第2Aステップでは、被検査体の表面形状モデルの座標系と3次元点群データの座標系とが合致しているため、表面形状モデルにおける付属品の位置を基準として、この付属品の寸法よりも幾分広い範囲を抽出範囲として設定すれば、付属品と被検査体本体の一部とを含み得る被検査体表面の部分的な3次元点群データを抽出可能である。
0.25≦SA1/SA2≦0.75 ・・・(1)
図2は、本発明の一実施形態に係る付属品の取り付け位置検査装置(以下、適宜、単に「検査装置」という)の概略構成を模式的に示す図である。
図2に示すように、本実施形態に係る検査装置100は、被検査体本体(スパイラル鋼管)S1と、被検査体本体S1の外面に法線方向に突出して取り付けられた付属品(吊金具)S2と、を備える被検査体(吊金具付きスパイラル鋼管)Sについて、付属品S2の取り付け位置を検査する装置である。一般に、スパイラル鋼管は、外径が最大2500mm程度であり、長さが最大70m程度である。また、一般に、吊金具は、スパイラル鋼管の端面から1~2m程度離れた位置において、径方向に対向して一対取り付けられる。
本実施形態に係る検査装置100は、光学式の3次元形状測定装置1と、演算装置2と、を備えている。
ただし、本発明で用いる3次元形状測定装置1としては、必ずしもTOF方式の3次元形状測定装置に限るものではなく、測定環境が許す限りにおいて、ステレオカメラ方式や、パターン投影方式の3次元形状測定装置を適用することも可能である。
本実施形態に係る検査方法は、第1ステップ~第4ステップを含むことを特徴としている。以下、各ステップについて順次説明する。
第1ステップでは、3次元形状測定装置1によって被検査体Sの表面形状を測定することで、被検査体S表面の3次元点群データを取得する。
具体的には、3次元形状測定装置1を位置1a~1dの4箇所の位置に移動させ、それぞれの位置で被検査体Sの表面形状及び校正片の表面形状を測定する。これらの測定結果は、SDカード等の記憶媒体等を介して、演算装置2に入力され、記憶される。演算装置2は、入力された測定結果に基づき、前述のようにして、被検査体Sの端面SEから付属品S2までの範囲を含む被検査体S表面の3次元点群データを生成(取得)する。
第2ステップでは、演算装置2が、第1ステップで取得した被検査体S表面の3次元点群データの座標系と、被検査体Sの設計仕様に基づき予め用意された被検査体Sの表面形状モデルの座標系とを合致させる。具体的には、演算装置2は、3次元点群データに円筒をフィッティングさせるフィッティング処理を施す。そして、演算装置2は、フィッティングされた円筒の位置と、被検査体本体S1の表面形状モデルの位置とを合致させる(例えば、フィッティングされた円筒を平行移動及び回転移動させて合致させる)ことで、上記の両座標系を合致させる。
更に、本実施形態では、座標系の合致精度を高めるために、演算装置2は、上記の処理を実行した後、3次元点群データのうち被検査体本体S1の端面SEを含む部分的な3次元点群データを抽出して、この抽出した部分的な3次元点群データに平面をフィッティングさせるフィッティング処理を施す。そして、演算装置2は、フィッティングされた平面の位置と、被検査体本体S1の端面の表面形状モデルの位置とを合致させる(例えば、フィッティングされた平面を平行移動させて合致させる)ことで、上記の両座標系を精度良く合致させる。
第2Aステップでは、演算装置2が、第2ステップで座標系の合致した被検査体Sの表面形状モデルにおける付属品S2の位置に基づき、被検査体S表面の3次元点群データのうち、付属品Sと被検査体本体S1の一部とを含み得る被検査体S表面の部分的な3次元点群データを抽出する。第2ステップを実行することにより、被検査体Sの表面形状モデルの座標系と3次元点群データの座標系とが合致している。このため、付属品S2の寸法よりも幾分広い範囲を抽出範囲として演算装置2に設定しておけば、演算装置2は、表面形状モデルにおける付属品S2の位置を基準として、この付属品S2と被検査体本体S1の一部とを含み得る被検査体S表面の部分的な3次元点群データを抽出可能である。
第3ステップでは、演算装置2が、第2Aステップで抽出した被検査体S表面の部分的な3次元点群データと、被検査体Sの表面形状モデルのうち、付属品S2と被検査体本体S1の一部とを含む被検査体Sの部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる。
具体的には、本実施形態では、演算装置2が、被検査体S表面の部分的な3次元点群データのPPF特徴量と、被検査体Sの部分的な表面形状モデルのPPF特徴量とを用いて、被検査体S表面の部分的な3次元点群データと、被検査体Sの部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる。
これに対して、本実施形態に係る検査方法の第3ステップでは、図3(b)に示すように、被検査体S表面の部分的な3次元点群データS1d及びS2dとマッチングさせる部分的な表面形状モデルが、付属品S2の表面形状モデルS2m及び被検査体本体S1の一部の表面形状モデルS1m(図中、塗りつぶしたモデル)であるため、適切なマッチングが可能である。
ただし、図3(c)に示すように、被検査体S表面の部分的な3次元点群データS1d及びS2dとマッチングさせる被検査体本体S1の一部の表面形状モデルS1mの表面積が大きすぎても、マッチング精度が悪くなり、マッチングが失敗するおそれがある。被検査体本体S1の一部の表面形状モデルS1mの表面積が小さすぎる場合も同様である。
したがい、本実施形態では、被検査体S表面の部分的な3次元点群データS1d及びS2dとマッチングさせる被検査体Sの部分的な表面形状モデルとしては、被検査体本体S1の一部の表面積をSA1とし、付属品S2の表面積(付属品S2の被検査体本体S1の法線方向に沿った大きな2平面の合計面積であり、当該2平面を繋ぐ端面の面積は、当該2平面の面積に比べて相対的に小さいため含まない)をSA2とすると、以下の式(1)で表されるものを用いている。
0.25≦SA1/SA2≦0.75 ・・・(1)
第4ステップでは、演算装置2が、第3ステップにおけるマッチング結果に基づき、被検査体S表面の3次元点群データにおける付属品S2の取り付け位置を特定する。例えば、図3(b)に示す付属品S2の表面形状モデルS2mとマッチングした3次元点群データS2dが、被検査体Sの付属品S2の3次元点群データであると特定できるため、その3次元点群データS2dの位置を付属品S2の取り付け位置と特定できる。
したがい、演算装置2に、付属品S2の取り付け位置の予め決められた公差範囲を設定しておくことで、演算装置2は、第4ステップで特定した付属品S2の取り付け位置が予め決められた公差範囲内であるか否かを自動で判定可能である。すなわち、付属品S2の取り付け位置を自動で精度良く検査可能である。
設計仕様では、図4(a)に示す上側の付属品S2の取り付け位置は、被検査体Sの端面SEから約599mmであり、下側の付属品S2の取り付け位置は、被検査体Sの端面SEから約601mmである。本実施形態に係る検査方法(特に、SA1/SA2=0.6)を用いれば、上側の付属品S2の取り付け位置は端面SEから659.1mmと算出(特定)され、下側の付属品S2の取り付け位置は端面SEから661.5mmと算出(特定)された。コンベックスを用いて各付属品S2の取り付け位置を測定したところ、上側の付属品S2の取り付け位置は端面SEから662.5mmで、下側の付属品S2の取り付け位置は端面SEから662.5mmであり、本実施形態に係る検査方法によれば、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査できることが確認できた。
2・・・演算装置
100・・・検査装置
S・・・被検査体(吊金具付きスパイラル鋼管)
S1・・・被検査体本体(スパイラル鋼管)
S2・・・付属品(吊金具)
Claims (5)
- 被検査体本体と、前記被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品と、を備える被検査体について、前記付属品の取り付け位置を検査する方法であって、
光学式の3次元形状測定装置によって前記被検査体の表面形状を測定することで、前記被検査体表面の3次元点群データを取得する第1ステップと、
前記第1ステップで取得した前記被検査体表面の3次元点群データの座標系と、予め用意された前記被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる第2ステップと、
前記第2ステップで座標系の合致した前記被検査体表面の3次元点群データと、前記被検査体の表面形状モデルのうち、前記付属品と前記付属品の位置を基準とした前記被検査体本体の一部とを含む前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる第3ステップと、
前記第3ステップにおけるマッチング結果に基づき、前記被検査体表面の3次元点群データにおける前記付属品の取り付け位置を特定する第4ステップと、
を有し、
前記第3ステップにおいて、前記被検査体表面の3次元点群データとマッチングさせる前記被検査体の部分的な表面形状モデルは、前記被検査体本体の一部の表面積をSA1とし、前記付属品の表面積をSA2とすると、以下の式(1)で表される、付属品の取り付け位置検査方法。
0.25≦SA1/SA2≦0.75 ・・・(1) - 前記第3ステップにおいて、前記被検査体表面の3次元点群データのPPF特徴量と、前記被検査体の部分的な表面形状モデルのPPF特徴量とを用いて、前記被検査体表面の3次元点群データと、前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる、
請求項1に記載の付属品の取り付け位置検査方法。 - 前記第1ステップで用いる前記光学式の3次元形状測定装置は、TOF方式の3次元形状測定装置である、
請求項1又は2に記載の付属品の取り付け位置検査方法。 - 前記被検査体本体は、スパイラル鋼管であり、
前記付属品は、吊金具である、
請求項1から3の何れかに記載の付属品の取り付け位置検査方法。 - 被検査体本体と、前記被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品と、を備える被検査体について、前記付属品の取り付け位置を検査する装置であって、
前記被検査体の表面形状を測定する光学式の3次元形状測定装置と、
前記被検査体の表面形状モデルが予め記憶されており、前記3次元形状測定装置による測定結果が入力され、所定の演算を実行する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、
前記3次元形状測定装置による測定結果に基づき、前記被検査体表面の3次元点群データを生成する第1ステップと、
前記第1ステップで取得した前記被検査体表面の3次元点群データの座標系と、予め用意された前記被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる第2ステップと、
前記第2ステップで座標系の合致した前記被検査体表面の3次元点群データと、前記被検査体の表面形状モデルのうち、前記付属品と前記付属品の位置を基準とした前記被検査体本体の一部とを含む前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる第3ステップと、
前記第3ステップにおけるマッチング結果に基づき、前記被検査体表面の3次元点群データにおける前記付属品の取り付け位置を特定する第4ステップと、
を実行し、
前記第3ステップにおいて、前記被検査体表面の3次元点群データとマッチングさせる前記被検査体の部分的な表面形状モデルは、前記被検査体本体の一部の表面積をSA1とし、前記付属品の表面積をSA2とすると、以下の式(1)で表される、付属品の取り付け位置検査装置。
0.25≦SA1/SA2≦0.75 ・・・(1)
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