WO2021019616A1 - 検査装置、測定方法及びコンピュータ可読媒体 - Google Patents

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    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds

Definitions

  • the present invention relates to an inspection device, a measuring method, and a computer-readable medium.
  • a technique for estimating the three-dimensional shape of an inspection target member from point cloud data acquired by irradiating the inspection target member with a beam is known.
  • a three-dimensional map is created based on the point cloud data acquired by the surface condition sensor that detects the state of the inner surface of the pipe and the laser irradiation unit that irradiates the laser beam, and the self-position is based on the created three-dimensional map.
  • the technique for estimating is disclosed.
  • the quality of the acquired point cloud data in the measurement of the inspection target member using the 3D sensor changes depending on how the 3D sensor is arranged on the inspection target member. If the quality of the acquired point cloud data is not sufficient, there is a problem that the three-dimensional shape of the member to be inspected cannot be estimated accurately.
  • the present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide an inspection device capable of acquiring high-quality point cloud data in the measurement of a member to be inspected using a three-dimensional sensor. ..
  • the inspection apparatus includes a three-dimensional sensor that irradiates a member to be inspected with a beam and acquires point group data of the member to be inspected based on at least light amplitude information, and the inspection.
  • the direction specifying unit that specifies the predetermined direction in which the number of the point group data is the largest, and in the unique coordinate system, which is the coordinate axis for the three-dimensional sensor, the predetermined direction.
  • a tilt amount determining unit for determining a tilt amount for changing the arrangement of the reference coordinate system is provided so that the number of point group data of the above is increased.
  • the point group data is acquired by irradiating the inspection target member with a beam by a three-dimensional sensor capable of acquiring point group data at least based on light amplitude information.
  • the first step to specify the predetermined direction in which the number of the point group data is the largest in the reference coordinate system which is the coordinate axis for the member to be inspected, and the coordinate axis for the three-dimensional sensor.
  • a third step of determining a tilt amount for changing the arrangement of the reference coordinate system is provided so that the number of point group data in the predetermined direction increases.
  • the non-temporary computer-readable medium irradiates a member to be inspected with a beam by a three-dimensional sensor capable of acquiring point group data at least based on light amplitude information.
  • the first step of acquiring the point group data, the second step of specifying the predetermined direction in which the number of the point group data is the largest in the reference coordinate system which is the coordinate axis for the member to be inspected, and the tertiary A computer performs a third step of determining a tilt amount for changing the arrangement of the reference coordinate system so that the number of point group data in the predetermined direction increases in the unique coordinate system which is the coordinate axis with respect to the original sensor.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the inspection apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the inspection apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the outer shape of the deformed steel bar which is a reinforcing bar as an inspection target member of the inspection apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a schematic diagram explaining the reference 3D Cartesian coordinate system and the intrinsic 3D Cartesian coordinate system. It is a schematic diagram explaining the irradiation direction of the beam of a three-dimensional sensor. It is a schematic diagram explaining the scanning direction of the beam emitted from a three-dimensional sensor.
  • a process for tilting the three-dimensional sensor so that high-quality point cloud data can be acquired in the measurement of the inspection target member using the three-dimensional sensor in the inspection device It is a flowchart explaining the flow of. It is a schematic diagram explaining the method of detecting the reference direction from the point cloud data of the member to be inspected by the method of principal component analysis. It is a schematic diagram explaining the method of determining the tilt amount based on a reference direction in step S103 of FIG. It is a schematic diagram explaining the method of determining the tilt amount based on a reference direction in step S103 of FIG. It is a schematic diagram explaining another method of determining a tilt amount based on a reference direction in step S103 of FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the inspection device 10 according to the first embodiment.
  • the inspection device 10 includes a three-dimensional sensor 11, a direction specifying unit 12, and a tilt amount determining unit 13.
  • the three-dimensional sensor 11 irradiates the inspection target member with a beam and acquires point cloud data of the inspection target member at least based on the amplitude information of the light.
  • the direction specifying unit 12 specifies a predetermined direction in which the number of point cloud data is the largest in the reference coordinate system which is the coordinate axis for the member to be inspected.
  • the tilt amount determining unit 13 determines the tilt amount for changing the arrangement of the reference coordinate system so that the number of point cloud data in a predetermined direction increases in the unique coordinate system which is the coordinate axis with respect to the three-dimensional sensor 11.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the inspection device 110 according to the second embodiment.
  • the inspection device 110 includes a three-dimensional sensor 111, a direction specifying unit 112, a tilt amount determining unit 113, and a posture changing unit 114.
  • the three-dimensional sensor 111 irradiates the inspection target member with a beam and acquires point cloud data of the inspection target member at least based on the amplitude information of the light.
  • the three-dimensional sensor 111 is, for example, a 3D-LiDAR (Light Detection and Ringing) sensor.
  • FIG. 3 is a schematic view showing the outer shape of the deformed steel bar.
  • the deformed steel bar is provided with uneven protrusions called "ribs" and "knots" on the surface.
  • Standard names such as "D10", “D13", “D16", and “D19" are defined for the deformed steel bars according to the diameter.
  • the numbers shown in the standard name indicate, for example, the diameter of D10 is 9.53 mm and the diameter of D13 is 12.7 mm, which are approximate diameters of the deformed steel bars. That is, the diameter of the deformed steel bar is standardized every 2 to 3 mm.
  • the direction specifying unit 112 detects a reference direction, which is a predetermined direction in which the number of points is the largest in the point cloud data.
  • the direction specifying unit 112 detects the reference direction based on the distribution of the point cloud data.
  • the distribution of the point cloud data is the variance of the points in the point cloud data.
  • the tilt amount determining unit 113 tilts the unique three-dimensional Cartesian coordinate system as the unique coordinate system with respect to the reference three-dimensional Cartesian coordinate system as the reference coordinate system so that the number of points in the point cloud data increases. The amount is determined based on the reference direction.
  • the attitude changing unit 114 tilts the three-dimensional sensor with respect to the reference three-dimensional Cartesian coordinate system according to the tilt amount.
  • the reference three-dimensional Cartesian coordinate system is a reference three-dimensional Cartesian coordinate system, and does not change even if the posture of the three-dimensional sensor 111 changes.
  • the unique three-dimensional Cartesian coordinate system is a three-dimensional Cartesian coordinate system unique to the three-dimensional sensor 111, and changes according to the posture of the three-dimensional sensor 111.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a reference three-dimensional Cartesian coordinate system and an intrinsic three-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the reference three-dimensional Cartesian coordinate system includes an x-axis as a first axis, a y-axis as a second axis, and a z-axis as a third axis.
  • the intrinsic three-dimensional Cartesian coordinate system includes a xu axis as a fourth axis, a yu axis as a fifth axis, and a zu axis as a sixth axis.
  • the reference three-dimensional Cartesian coordinate system and the unique three-dimensional Cartesian coordinate system have the reference point P1 of the three-dimensional sensor 111 as the origin.
  • the deviation of the xu-axis angle with respect to the x-axis is represented by ⁇ 1
  • the deviation of the yu-axis angle with respect to the y-axis is represented by ⁇ 2
  • the deviation of the xu-axis angle with respect to the x-axis is represented by ⁇ 3.
  • the tilt amount of the unique three-dimensional Cartesian coordinate system with respect to the reference three-dimensional Cartesian coordinate system can be expressed as, for example, ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3).
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the irradiation direction of the beam of the three-dimensional sensor 111.
  • the point P is a representative point of the portion of the member to be inspected that is hit by the beam emitted from the three-dimensional sensor 111.
  • the above-mentioned eigenthree-dimensional Cartesian coordinate system can be converted into a polar coordinate display (hereinafter, the eigenthree-dimensional Cartesian coordinate system displayed in polar coordinates is referred to as a eigenthree-dimensional polar coordinate system). It is assumed that the point P is represented by (xu, yu, zu) in the unique three-dimensional Cartesian coordinate system and (d, ⁇ , ⁇ ) in the unique three-dimensional polar coordinate system.
  • d is the distance from the origin to the point P, that is, the moving diameter.
  • ⁇ is the angle formed by the projection of the diameter vector (the vector from the origin to the point P) on the plane including the xu axis, the xu axis, and the yu axis.
  • ⁇ is the angle formed by the plane including the xu axis and the yu axis and the diameter vector.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the scanning direction of the beam emitted from the three-dimensional sensor 111.
  • the scanning directions of the beam of the three-dimensional sensor 111 are, for example, a direction parallel to the xu axis of the intrinsic three-dimensional Cartesian coordinate system (horizontal scanning direction) and a zu axis of the intrinsic three-dimensional Cartesian coordinate system. It is a parallel direction (vertical scanning direction).
  • the resolution (step angle) of the beam of the three-dimensional sensor 111 in the horizontal scanning direction is ⁇ s
  • the resolution (step angle) in the vertical scanning direction is ⁇ s.
  • the resolution in each scanning direction is higher as the step angle is smaller.
  • FIG. 2 will also be referred to as appropriate.
  • FIG. 7 shows a flow of processing for tilting the three-dimensional sensor 111 so that high-quality point cloud data can be acquired in the measurement of the inspection target member using the three-dimensional sensor 111 in the inspection device 110. It is a flowchart to explain. As shown in FIG. 7, first, the three-dimensional sensor 111 irradiates the member to be inspected with a beam to acquire point cloud data (step S101). Subsequently, the direction specifying unit 112 detects the reference direction, which is the direction in which the number of points is the largest in the point cloud data, from the acquired point cloud data (step S102).
  • the tilt amount determination unit 113 makes a three-dimensional orthogonality peculiar to the three-dimensional sensor with respect to the reference three-dimensional Cartesian coordinate system which is the reference three-dimensional Cartesian coordinate system so that the number of points of the point group data increases.
  • the amount of tilt for tilting the unique three-dimensional Cartesian coordinate system, which is the coordinate system, is determined based on the reference direction (step S103).
  • the posture changing unit 114 tilts the three-dimensional sensor 111 according to the determined tilt amount (step S104).
  • a method of principal component analysis (PCA: Principal Component Analysis) can be applied.
  • PCA Principal Component Analysis
  • the eigenvalues of the principal components are variances.
  • the first principal component, the second principal component, and so on are called in order from the largest eigenvalue. Since the point cloud data of the member to be inspected consists of three parameters (x, y, z), the first principal component, the second principal component, the third principal component, and the three principal components can be obtained.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a method of detecting the reference direction from the point cloud data of the member to be inspected by the method of principal component analysis.
  • the reference direction is the direction in which the number of points is the largest in the point cloud data acquired from the member to be inspected.
  • the eigenvalues of the principal components corresponding to the variance of the points are maximized in the reference direction, which is the direction in which the number of points is the largest in the point cloud data. That is, the first principal component having the maximum eigenvalue of the principal component is the reference direction. Therefore, the reference direction can be detected by detecting the first principal component by the method of principal component analysis.
  • step S103 of FIG. 7 the details of the method of determining the tilt amount based on the reference direction will be described.
  • 9 and 10 are schematic views illustrating a method of determining the tilt amount based on the reference direction in step S103 of FIG. 7.
  • the unique three-dimensional Cartesian coordinate system matches the reference three-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the reference direction coincides with the z-axis direction of the reference three-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the three-dimensional sensor 111 is tilted with the y-axis as the rotation axis so that the zu axis of the unique three-dimensional Cartesian coordinate system is tilted by ⁇ with respect to the reference direction.
  • the attitude changing unit 114 executes the tilt of the three-dimensional sensor 111. This ⁇ is determined so that the number of points in the point cloud data in the member to be inspected increases.
  • the number of points in the point cloud data acquired from the member to be inspected is eight from the state shown in FIG. 9 in which the number of points in the point cloud data acquired from the member to be inspected is five.
  • the tilt amount is determined so as to achieve the state shown in FIG. Further, in the example shown here, since the three-dimensional sensor 111 is tilted with the y-axis as the rotation axis, the tilt amount of the unique three-dimensional Cartesian coordinate system with respect to the reference three-dimensional Cartesian coordinate system described with reference to FIG. ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) is ( ⁇ , 0, ⁇ ).
  • the tilt angle is positive in the clockwise direction and negative in the counterclockwise direction. That is, ⁇ is negative in the example shown here.
  • ⁇ is shaken in 15 ° increments of, for example, ⁇ 15 °, ⁇ 30 °, ⁇ 45 °, ⁇ 60 °, and ⁇ has the largest number of points in the point cloud data of the member to be inspected. You may try to find. By doing so, the optimum tilt amount can be efficiently determined.
  • the tilt amount is determined so that the number of point cloud data acquired from the inspection target member increases, and the reference three-dimensional orthogonality is determined according to the determined tilt amount. Tilt the 3D sensor 111 with respect to the coordinate system. As a result, it is possible to acquire high-quality point cloud data in the measurement of the member to be inspected using the three-dimensional sensor 111.
  • 11 and 12 are schematic views illustrating another method of determining the tilt amount based on the reference direction in step S103 of FIG. 7.
  • the member to be inspected has a sufficiently long length in the reference direction and a length in the direction perpendicular to the reference direction is significantly shorter than the length in the reference direction, such as a reinforcing bar.
  • the resolution of the beam of the three-dimensional sensor 111 is higher in the vertical scanning direction than in the horizontal scanning direction.
  • the three-dimensional sensor 111 when the three-dimensional sensor 111 is installed so that the vertical scanning direction having the highest resolution is horizontal to the reference direction, a large number of points are lined up in the reference direction in the acquired point group data. However, there is only one point in the direction perpendicular to the reference direction. That is, in the acquired point cloud data, the number of points in the direction perpendicular to the reference direction is significantly smaller than the number of points in the reference direction.
  • the tilt amount is determined so that the reference direction and the vertical scanning direction, which is the direction having the highest resolution among the scanning directions of the beam in the three-dimensional sensor 111, are orthogonal to each other.
  • the tilt amount ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) of the unique three-dimensional Cartesian coordinate system with respect to the reference three-dimensional Cartesian coordinate system is ( ⁇ 90 °, 0, ⁇ 90 °). This makes it possible to increase the number of points in the direction perpendicular to the reference direction.
  • the reference direction and the scanning direction of the beam in the three-dimensional sensor 111 The tilt amount is determined so that the direction with the highest resolution is orthogonal to the direction. As a result, it is possible to acquire high-quality point cloud data in the measurement of the member to be inspected using the three-dimensional sensor 111.
  • FIG. 13 shows a flow chart for tilting the three-dimensional sensor 111 so that high-quality point cloud data can be acquired in the measurement of the inspection target member using the three-dimensional sensor 111 in the inspection device 110. It is a flowchart explaining another example.
  • the point cloud data is acquired by irradiating the member to be inspected with a beam by the three-dimensional sensor 111 capable of acquiring the point cloud data at least based on the amplitude information of light (step).
  • the reference direction is detected from the acquired point cloud data (step S202).
  • the unique 3D Cartesian coordinate system which is unique to the 3D sensor, so that the number of points in the point cloud data increases.
  • the tilt amount for tilting the Cartesian coordinate system is determined based on the latest reference direction (step S203). Subsequently, the posture changing unit 114 tilts the three-dimensional sensor 111 according to the determined tilt amount (step S204).
  • step S204 the three-dimensional sensor 111 acquires the point cloud data of the member to be inspected again (step S205). Subsequently, the direction specifying unit 112 detects the reference direction from the point cloud data acquired again (step S206). Subsequently, the posture changing unit 114 determines whether or not the angle difference between the detection result of the previous reference direction and the detection result of the current reference direction is less than the threshold value (step S207). In step S207, if the angle difference between the detection result in the previous reference direction and the detection result in the current reference direction is less than the threshold value, the process is terminated.
  • step S207 if the angle difference between the detection result in the previous reference direction and the detection result in the current reference direction is equal to or greater than the threshold value, the process returns to step S203.
  • FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the inspection device 210 according to the third embodiment.
  • the inspection device 210 includes a three-dimensional sensor 111, a direction specifying unit 112, a tilt amount determining unit 113, and a superposed point cloud data creating unit 115. That is, the inspection device 210 differs from the configuration of the inspection device 110 shown in FIG. 2 only in that the inspection device 210 includes the superimposed point cloud data creation unit 115.
  • the superimposed point cloud data creation unit 115 creates the superimposed point cloud data by superimposing the point cloud data acquired a plurality of times by the three-dimensional sensor 111. By doing so, it is possible to acquire better quality point cloud data in the measurement of the member to be inspected using the three-dimensional sensor 111.
  • the present invention has been described as a hardware configuration, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention can also be realized by causing a CPU (Central Processing Unit) to execute a program for each process.
  • a CPU Central Processing Unit
  • Non-transitory computer-readable media include various types of tangible storage media (tangible storage media).
  • Examples of non-temporary computer-readable media include magnetic recording media (eg, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), opto-magnetic recording media (eg, opto-magnetic disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R / W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (Random Access Memory).
  • the program also includes various types of temporary memory. It may be supplied to the computer by a computer readable medium (transition computer readable medium). Examples of temporary computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. Temporary computer readable media include wires and light.
  • the program can be supplied to the computer via a wired communication path such as a fiber or a wireless communication path.

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Abstract

検査装置（１０）は、検査対象部材に対してビームを照射し、少なくとも光の振幅情報に基づいて検査対象部材の点群データを取得する三次元センサ（１１）と、検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する方向特定部（１２）と、三次元センサ（１１）に対する座標軸である固有座標系において、所定の方向の点群データの数が増えるように、基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定するチルト量決定部（１３）と、を備える。

Description

検査装置、測定方法及びコンピュータ可読媒体
　本発明は、検査装置、測定方法及びコンピュータ可読媒体に関する。
　検査対象部材に対してビームを照射することにより取得した点群データにより検査対象部材の三次元形状を推定する技術が知られている。特許文献１には、配管内表面の状態を検出する表面状態センサとレーザー光を照射するレーザー照射部により取得した点群データに基づいて三次元マップを作成し、作成した三次元マップにより自己位置を推定する技術が開示されている。
特開２０１８－０６５１７１号公報
　三次元センサを用いた検査対象部材の測定において、取得される点群データの質は、検査対象部材に対する三次元センサの配置のさせ方によって変わってくることが分かっている。取得された点群データの質が十分でない場合、検査対象部材の三次元形状を精度良く推定することができないという問題があった。
　本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、三次元センサを用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができる検査装置を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る検査装置は、検査対象部材に対してビームを照射し、少なくとも光の振幅情報に基づいて前記検査対象部材の点群データを取得する三次元センサと、前記検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、前記点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する方向特定部と、前記三次元センサに対する座標軸である固有座標系において、前記所定の方向の点群データの数が増えるように、前記基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定するチルト量決定部と、を備える。
　本発明の第２の態様に係る検査方法は、少なくとも光の振幅情報に基づいて点群データを取得することができる三次元センサにより検査対象部材に対してビームを照射して点群データを取得する第１のステップと、前記検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、前記点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する第２のステップと、前記三次元センサに対する座標軸である固有座標系において、前記所定の方向の点群データの数が増えるように、前記基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定する第３のステップと、を備える。
　本発明の第３の態様に係る非一時的なコンピュータ可読媒体は、少なくとも光の振幅情報に基づいて点群データを取得することができる三次元センサにより検査対象部材に対してビームを照射して点群データを取得する第１のステップと、前記検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、前記点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する第２のステップと、前記三次元センサに対する座標軸である固有座標系において、前記所定の方向の点群データの数が増えるように、前記基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定する第３のステップと、をコンピュータに実行させるプログラムが格納されている。
　本発明によれば、三次元センサを用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができる。
実施の形態１に係る検査装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る検査装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る検査装置の検査対象部材としての鉄筋である、異形棒鋼の外形を示す模式図である。 基準三次元直交座標系及び固有三次元直交座標系について説明する模式図である。 三次元センサのビームの照射方向について説明する模式図である。 三次元センサから照射されたビームの走査方向について説明する模式図である。 実施の形態２に係る検査装置において、検査装置において、三次元センサを用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができるように三次元センサをチルトさせるための処理の流れについて説明するフローチャートである。 主成分分析の手法により、検査対象部材の点群データから基準方向を検出する方法について説明する模式図である。 図７のステップＳ１０３において、基準方向に基づいてチルト量を決定する方法について説明する模式図である。 図７のステップＳ１０３において、基準方向に基づいてチルト量を決定する方法について説明する模式図である。 図７のステップＳ１０３において、基準方向に基づいてチルト量を決定する別の方法について説明する模式図である。 図７のステップＳ１０３において、基準方向に基づいてチルト量を決定する別の方法について説明する模式図である。 検査装置において、三次元センサを用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができるように三次元センサをチルトさせるための処理の流れの別の例について説明する 実施の形態３に係る検査装置の構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
［実施の形態１］
　以下、実施の形態１について説明する。
　図１は、実施の形態１に係る検査装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、検査装置１０は、三次元センサ１１と、方向特定部１２と、チルト量決定部１３と、を備えている。
　三次元センサ１１は、検査対象部材に対してビームを照射し、少なくとも光の振幅情報に基づいて検査対象部材の点群データを取得する。方向特定部１２は、検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する。チルト量決定部１３は、三次元センサ１１に対する座標軸である固有座標系において、所定の方向の点群データの数が増えるように、基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定する。
　このようにすることで、三次元センサ１１を用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができる。
［実施の形態２］
　以下、実施の形態２について説明する。
　まず、実施の形態２に係る検査装置の構成について説明する。図２は、実施の形態２に係る検査装置１１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、検査装置１１０は、三次元センサ１１１と、方向特定部１１２と、チルト量決定部１１３と、姿勢変更部１１４と、を備えている。
　三次元センサ１１１は、検査対象部材に対してビームを照射し、少なくとも光の振幅情報に基づいて検査対象部材の点群データを取得する。三次元センサ１１１は、例えば３Ｄ－ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ)センサである。
　ここで、検査対象部材は、異形棒鋼と呼ばれる（異形鉄筋とも呼ばれる）鉄筋である。図３は、異形棒鋼の外形を示す模式図である。図３に示すように、異形棒鋼には表面に「リブ」や「節」と呼ばれる凹凸の突起が設けられている。異形棒鋼は径に応じて“Ｄ１０”、“Ｄ１３”、“Ｄ１６”、“Ｄ１９”のような規格名が定められている。規格名に示される数字は、例えば、Ｄ１０の直径が９．５３ｍｍ、Ｄ１３の直径が１２．７ｍｍと、異形棒鋼のおおよその直径を示している。すなわち、異形棒鋼の直径は２～３ｍｍごとに規格化されている。
　再び図２を参照し、方向特定部１１２は、点群データにおいて最も点の数が多く存在する所定の方向である基準方向を検出する。方向特定部１１２は、点群データの分布に基づいて基準方向を検出する。ここで、点群データの分布は、点群データにおける点の分散である。
チルト量決定部１１３は、点群データの点の数が増えるように、基準座標系としての基準三次元直交座標系に対して固有座標系としての固有三次元直交座標系をチルトさせるためのチルト量を、基準方向に基づいて決定する。姿勢変更部１１４は、チルト量に応じて、基準三次元直交座標系に対して三次元センサをチルトさせる。
　次に、基準三次元直交座標系及び固有三次元直交座標系について説明する。
　基準三次元直交座標系は基準とする三次元直交座標系で、三次元センサ１１１の姿勢が変わっても不変である。固有三次元直交座標系は三次元センサ１１１に固有の三次元直交座標系で、三次元センサ１１１の姿勢に追随して変わる。
　図４は、基準三次元直交座標系及び固有三次元直交座標系について説明する模式図である。図４に示すように、基準三次元直交座標系は、第１軸としてのｘ軸、第２軸としてのｙ軸、第３軸としてのｚ軸からなる。これに対し、固有三次元直交座標系は、第４軸としてのｘｕ軸、第５軸としてのｙｕ軸、第６軸としてのｚｕ軸からなる。基準三次元直交座標系と固有三次元直交座標系は、三次元センサ１１１の基準点Ｐ１を原点としている。ｘ軸に対するｘｕ軸の角度のずれをθ１、ｙ軸に対するｙｕ軸の角度のずれをθ２、ｘ軸に対するｘｕ軸の角度のずれをθ３で表す。基準三次元直交座標系に対する固有三次元直交座標系のチルト量は、例えば（θ１、θ２、θ３）と表すことができる。
　図５は、三次元センサ１１１のビームの照射方向について説明する模式図である。図５に示すように、検査対象部材において三次元センサ１１１から照射されたビームが当たった箇所の代表点である点Ｐとする。上述した固有三次元直交座標系は極座標表示に変換することができる（以下、固有三次元直交座標系を極座標表示したものを固有三次元極座標系と呼ぶ）。点Ｐは、固有三次元直交座標系で（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）、固有三次元極座標系で（ｄ、φ、θ）と表されるとする。ここで、ｄは、原点から点Ｐまでの距離、すなわち動径である。φは、ｘｕ軸とｘｕ軸とｙｕ軸を含む平面への動径ベクトル（原点から点Ｐに向かうベクトル）の射影がなす角度である。θはｘｕ軸とｙｕ軸を含む平面と動径ベクトルがなす角度である。ｘｕ＝ｄ・ｃｏｓθ・ｃｏｓφ、ｙｕ＝ｄ・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ、ｚｕ＝ｄ・ｓｉｎθの関係が成り立つ。なお、ビームが検査対象部材に当たった箇所の代表点は、ビームの光軸上にあるものとする。
　図６は、三次元センサ１１１から照射されたビームの走査方向について説明する模式図である。図６に示すように、三次元センサ１１１のビームの走査方向は、例えば、固有三次元直交座標系のｘｕ軸と平行な方向（水平走査方向）と、固有三次元直交座標系のｚｕ軸に平行な方向（垂直走査方向）である。三次元センサ１１１のビームの、水平走査方向における分解能（刻み角度）はφｓ、垂直走査方向における分解能（刻み角度）はθｓである。各走査方向における分解能は、刻み角度が小さい程高い。
　次に、検査装置１１０において、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができるように三次元センサ１１１をチルトさせるための処理の流れについて説明する。なお、以下の説明では図２についても適宜参照する。
　図７は、検査装置１１０において、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができるように三次元センサ１１１をチルトさせるための処理の流れについて説明するフローチャートである。図７に示すように、まず、三次元センサ１１１により、検査対象部材に対してビームを照射して点群データを取得する（ステップＳ１０１）。続いて、方向特定部１１２が、取得された点群データより、点群データにおいて最も点の数が多く存在する方向である基準方向を検出する（ステップＳ１０２）。続いて、チルト量決定部１１３が、点群データの点の数が増えるように、基準とする三次元直交座標系である基準三次元直交座標系に対して三次元センサに固有の三次元直交座標系である固有三次元直交座標系をチルトさせるためのチルト量を、基準方向に基づいて決定する（ステップＳ１０３）。続いて、姿勢変更部１１４が、決定されたチルト量に応じて三次元センサ１１１をチルトさせる（ステップＳ１０４）。
　次に、図７のステップＳ１０２において基準方向を検出する方法の詳細について説明する。
　図７のステップＳ１０２において基準方向を検出する方法として、主成分分析（ＰＣＡ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）の手法を適用することができる。主成分分析の手法では、主成分（固有ベクトル）の固有値が分散である。主成分分析の手法では、固有値が大きいから順に第１主成分、第２主成分、・・・と呼ぶ。検査対象部材の点群データは３つのパラメータ（ｘ、ｙ、ｚ）から成るため、第１主成分、第２主成分、第３主成分と、３つの主成分が得られる。
　図８は、主成分分析の手法により、検査対象部材の点群データから基準方向を検出する方法について説明する模式図である。上述したように、基準方向は、検査対象部材から取得された点群データにおいて最も点の数が多く存在する方向である。図８に示すように、主成分分析の手法では、点群データにおいて最も点の数が多く存在する方向である基準方向において、点の分散に相当する、主成分の固有値が最大になる。つまり、主成分の固有値が最大となる第１主成分が基準方向である。よって、主成分分析の手法によって第１主成分を検出することで基準方向を検出することができる。
　次に、図７のステップＳ１０３において、基準方向に基づいてチルト量を決定する方法の詳細について説明する。
　図９及び図１０は、図７のステップＳ１０３において、基準方向に基づいてチルト量を決定する方法について説明する模式図である。図９に示すように、まず、固有三次元直交座標系が基準三次元直交座標系に一致している状態であるとする。また、基準方向が基準三次元直交座標系のｚ軸方向に一致しているとする。
　この状態から、図１０に示すように、基準方向に対して固有三次元直交座標系のｚｕ軸がθ傾くように、ｙ軸を回転軸として三次元センサ１１１をチルトさせる。三次元センサ１１１のチルトは、姿勢変更部１１４（図２参照）が実行する。このθは、検査対象部材における点群データの点の数が増えるように決定する。
　ここに示す例では、検査対象部材より取得された点群データにおける点の数が５つである図９に示す状態から、検査対象部材より取得された点群データにおける点の数が８つである図１０に示す状態になるように、チルト量を決定する。また、ここに示す例では、ｙ軸を回転軸として三次元センサ１１１をチルトさせているため、図４を参照して説明した、基準三次元直交座標系に対する固有三次元直交座標系のチルト量（θ１、θ２、θ３）は、（θ、０、θ）である。なお、チルトさせる角度は、時計回りを正、反時計回りを負とする。つまり、ここに示す例ではθは負である。
　チルト量の決定において、θを、例えば、±１５°、±３０°、±４５°、±６０°と１５°刻みで振って、検査対象部材の点群データにおける点の数が最も多くなるθを見つけるようにしてもよい。このようにすることで、最適なチルト量を効率的に決定することができる。
　検査対象部材より取得される点群データの数が多くなれば、検査対象部材の測定をより精度良く行なうことができる。上述したように、本実施の形態に係る検査装置１１０では、検査対象部材より取得される点群データの数が増えるようにチルト量を決定し、決定したチルト量に応じて、基準三次元直交座標系に対して三次元センサ１１１をチルトさせる。これにより、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができる。
　図１１及び図１２は、図７のステップＳ１０３において、基準方向に基づいてチルト量を決定する別の方法について説明する模式図である。ここでは、検査対象部材が、鉄筋などのように、基準方向における長さが十分に長く、基準方向に垂直な方向における長さが基準方向における長さと比較して著しく短いものであるとする。また、三次元センサ１１１のビームの分解能は、水平走査方向よりも垂直走査方向の方が高いとする。
　図１１に示すように、分解能が最も高い垂直走査方向が基準方向に水平になるように三次元センサ１１１を設置した場合、取得された点群データにおいて、基準方向には点の数が多く並ぶが、基準方向に垂直な方向には点の数が１点しかない。つまり、取得された点群データにおいて、基準方向に垂直な方向の点の数が基準方向の点の数に対して著しく少なくなる。
　そこで、図１２に示すように、基準方向と、三次元センサ１１１におけるビームの走査方向のうちで分解能が最も高い方向である垂直走査方向と、が直交するように、チルト量を決定する。この例では、基準三次元直交座標系に対する固有三次元直交座標系のチルト量（θ１、θ２、θ３）は、（－９０°、０、－９０°）である。これにより、基準方向に垂直な方向の点の数を増やすことができる。
　このように、検査対象部材が、基準方向の長さが十分に長く、基準方向に垂直な方向における長さが著しく短いものである場合、基準方向と、三次元センサ１１１におけるビームの走査方向のうちで分解能が最も高い方向と、が直交するようにチルト量を決定する。これにより、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができる。
［変形例１］
　検査装置１１０において、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができるように三次元センサ１１１をチルトさせるための処理の流れの別の例について説明する。なお、以下の説明では図２についても適宜参照する。
　図１３は、検査装置１１０において、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、質の良い点群データを取得することができるように三次元センサ１１１をチルトさせるための処理の流れの別の例について説明するフローチャートである。図１３に示すように、まず、少なくとも光の振幅情報に基づいて点群データを取得することができる三次元センサ１１１により検査対象部材に対してビームを照射して点群データを取得する（ステップＳ２０１）。続いて、取得された点群データより基準方向を検出する（ステップＳ２０２）。続いて、点群データの点の数が増えるように、基準とする三次元直交座標系である基準三次元直交座標系に対して三次元センサに固有の三次元直交座標系である固有三次元直交座標系をチルトさせるためのチルト量を、最新の基準方向に基づいて決定する（ステップＳ２０３）。続いて、姿勢変更部１１４が、決定されたチルト量に応じて三次元センサ１１１をチルトさせる（ステップＳ２０４）。
　ステップＳ２０４に続いて、三次元センサ１１１が検査対象部材の点群データを再度取得する（ステップＳ２０５）。続いて、方向特定部１１２が再度取得された点群データより基準方向を検出する（ステップＳ２０６）。続いて、姿勢変更部１１４は、前回の基準方向の検出結果と今回の基準方向の検出結果との角度差が、閾値未満か否かを判定する（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０７において、前回の基準方向の検出結果と今回の基準方向の検出結果との角度差が、閾値未満の場合には、処理を終了させる。ステップＳ２０７において、前回の基準方向の検出結果と今回の基準方向の検出結果との角度差が、閾値以上の場合には、ステップＳ２０３に処理を戻す。三次元センサ１１１をチルトさせるための処理を上述のように行うことで、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、より質の良い点群データを取得することができる。
［実施の形態３］
　以下、実施の形態３について説明する。
　図１４は、実施の形態３に係る検査装置２１０の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、検査装置２１０は、三次元センサ１１１と、方向特定部１１２と、チルト量決定部１１３と、重畳点群データ作成部１１５と、を備えている。つまり、検査装置２１０は、重畳点群データ作成部１１５を備えていることのみ、図２に示す検査装置１１０の構成と異なる。重畳点群データ作成部１１５は、三次元センサ１１１によって複数回取得された点群データを重ね合わせた重畳点群データを作成する。このようにすることで、三次元センサ１１１を用いた検査対象部材の測定において、より質の良い点群データを取得することができる。
　上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、各処理を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）にプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
　上述の処理を実現するためのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｒｅａｄａｂｌｅ　ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒy）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｒｅａｄａｂｌｅ　ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
１０、１１０、２１０　検査装置
１１、１１１　三次元センサ
１２、１１２　方向特定部
１３、１１３　チルト量決定部
１１４　姿勢変更部
１１５　重畳点群データ作成部

Claims (10)

  1. 　検査対象部材に対してビームを照射し、少なくとも光の振幅情報に基づいて前記検査対象部材の点群データを取得する三次元センサと、
    　前記検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、前記点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する方向特定部と、
    　前記三次元センサに対する座標軸である固有座標系において、前記所定の方向の点群データの数が増えるように、前記基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定するチルト量決定部と、を備える検査装置。
  2. 　前記チルト量に応じて、前記基準座標系に対して前記固有座標系がチルトするように前記三次元センサの姿勢を変更する姿勢変更部をさらに備える、請求項１に記載の検査装置。
  3. 　前記姿勢変更部が前記三次元センサの姿勢を変更した後に、
    　前記三次元センサが前記検査対象部材の前記点群データを再度取得し、
    　前記方向特定部が再度取得された前記点群データより前記所定の方向を再度検出し、
    　前記チルト量決定部は、前回の前記所定の方向の検出結果と今回の前記所定の方向の検出結果との角度差が、閾値未満の場合には前記チルト量の再度の決定を行なわず、前記閾値以上の場合には前記チルト量を再度決定し、
    　前記姿勢変更部は、前記チルト量が再度決定された場合に、再度決定された前記チルト量に応じて前記三次元センサの姿勢を変更する、請求項２に記載の検査装置。
  4. 　前記方向特定部は、前記点群データの分布に基づいて前記所定の方向を検出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の検査装置。
  5. 　前記分布は分散である、請求項４に記載の検査装置。
  6. 　前記チルト量決定部は、前記所定の方向と、前記三次元センサにおけるビームの走査方向のうちで分解能が最も高い方向と、が直交するように前記チルト量を決定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の検査装置。
  7. 　前記三次元センサによって複数回取得された前記点群データを重ね合わせた重畳点群データを作成する重畳点群データ作成部をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の検査装置。
  8. 　前記検査対象部材は異形棒鋼である、請求項１から７のいずれか一項に記載の検査装置。
  9. 　少なくとも光の振幅情報に基づいて点群データを取得することができる三次元センサにより検査対象部材に対してビームを照射して点群データを取得する第１のステップと、
    　前記検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、前記点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する第２のステップと、
    　前記三次元センサに対する座標軸である固有座標系において、前記所定の方向の点群データの数が増えるように、前記基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定する第３のステップと、を備える測定方法。
  10. 　少なくとも光の振幅情報に基づいて点群データを取得することができる三次元センサにより検査対象部材に対してビームを照射して点群データを取得する第１のステップと、
    　前記検査対象部材に対する座標軸である基準座標系において、前記点群データの数が最も多く存在する所定の方向を特定する第２のステップと、
    　前記三次元センサに対する座標軸である固有座標系において、前記所定の方向の点群データの数が増えるように、前記基準座標系の配置を変更するためのチルト量を決定する第３のステップと、をコンピュータに実行させるプログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体。
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