３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置
【課題】外形が変化するワークであっても、３次元形状を正確に評価することがで、容易に評価することのできる３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置の提供。
【解決手段】断面データ計算Ｓ４は点群データからワークＷの所定断面における外形形状を表す断面データを求め、線分決定Ｓ５は断面データのうちの１つを第１点Ａ１とし第１点Ａ１から引いた所定の基準直線ｌが外形形状と当接又は接する第２点Ａ２を求める。歪み量計算Ｓ７は評価点から外形形状までの距離を歪み量Ｌとして求め、断面歪み量計算Ｓ１０は第１点Ａ１を断面データ上で一定距離毎に移動させ線分決定Ｓ５及び歪み量計算Ｓ７を各々実行し立体歪み量計算Ｓ１１は所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における断面データ計算Ｓ４及び断面歪み量計算Ｓ１０を実行する。回転歪み量計算Ｓ１２はワークＷを一定角度毎に回転させた各断面における立体歪み量計算Ｓ１１を実行する。
【解決手段】断面データ計算Ｓ４は点群データからワークＷの所定断面における外形形状を表す断面データを求め、線分決定Ｓ５は断面データのうちの１つを第１点Ａ１とし第１点Ａ１から引いた所定の基準直線ｌが外形形状と当接又は接する第２点Ａ２を求める。歪み量計算Ｓ７は評価点から外形形状までの距離を歪み量Ｌとして求め、断面歪み量計算Ｓ１０は第１点Ａ１を断面データ上で一定距離毎に移動させ線分決定Ｓ５及び歪み量計算Ｓ７を各々実行し立体歪み量計算Ｓ１１は所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における断面データ計算Ｓ４及び断面歪み量計算Ｓ１０を実行する。回転歪み量計算Ｓ１２はワークＷを一定角度毎に回転させた各断面における立体歪み量計算Ｓ１１を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な３次元形状評価方法として、検査員の目視、触感等の官能によるものが知られている。しかし、この方法では、評価対象量が定量化されていないため、検査員の評価にばらつきが生じ、客観的かつ正確にワークの３次元形状を評価することができない。また、評価に際し高い技能が求められるため、ワークの３次元形状を正しく評価するのは困難である。
【０００３】
これに対し、特許文献１記載の３次元形状評価方法が提案されている。この特許文献１記載の方法は、データ取得ルーチンにより３次元形状測定器によってワークの３次元の点群データを取得し、評価ルーチンによりこの点群データとＣＡＤデータ又はマスターワークのデータとを比較して、ワークの３次元形状を評価するものである。特許文献１記載の方法によれば、評価対象量が定量化されているため、検査員の評価のばらつきを防止でき、客観的かつ正確にワークの３次元形状を評価することができる。また、評価に際し高い技能は不要であるため、容易にワークの３次元形状を評価することができる。
【特許文献１】特開２０００−１２２９９６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１記載の方法では、基準となるＣＡＤデータ又はマスターワークのデータとワークのデータとを比較して３次元形状を評価するものであるため、例えば、溶接ビードの仕上部分等の３次元形状を評価するのは困難である。すなわち、溶接ビードの仕上部分は、面積や２次元形状が一定していないのみならず、３次元的にうねった滑らかな凸平面が凹凸歪みを持つ上、緩やかな凹歪みがヤスリがけの粗さの中に埋もれてしまっている等の特徴を有する。そして、これらの特徴がワーク毎に異なる結果、ワーク毎に３次元形状が異なることとなるからである。
【０００５】
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、３次元方向において外形形状が変化するワークであっても、３次元形状を客観的かつ正確に評価することができる上、容易に評価することのできる３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る３次元形状評価方法の特徴は、３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得ルーチンと、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価ルーチンとを備えた３次元形状評価方法において、前記評価ルーチンは、記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算ステップと、該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定ステップと、前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算ステップと、前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定ステップ及び前記歪み量計算ステップを各々実行する断面歪み量計算ステップと、前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算ステップ及び前記断面歪み量計算ステップを実行する立体歪み量計算ステップと、ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算ステップを実行する回転歪み量計算ステップと、を備えたことである。
【０００７】
請求項２に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項１において、前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、前記データ取得ルーチンで得られた前記点群データを平面の最小自乗法により修正することである。
【０００８】
請求項３に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項２において、前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、平面の最小自乗法により修正された前記点群データを所定のデータ量まで減少させることである。
【０００９】
請求項４に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、前記歪み量計算ステップは、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存することである。
【００１０】
請求項５に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項４において、前記歪み量が所定の基準値以上である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凹部として認定することである。
【００１１】
請求項６に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項４において、前記歪み量が所定の基準値以下である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凸部として認定することである。
【００１２】
請求項７に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項５又は請求項６において、前記エリアの面積及び前記エリア内の前記評価点の前記歪み量の総和に基づき凹凸を評価することである。
【００１３】
請求項８に係る３次元形状評価装置の特徴は、３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得手段と、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価手段とを備えた３次元形状評価装置において、前記評価手段は、前記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算手段と、該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定手段と、前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算手段と、前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定手段及び前記歪み量計算手段を各々実行する断面歪み量計算手段と、前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算手段及び前記断面歪み量計算手段を実行する立体歪み量計算手段と、ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算手段を実行する回転歪み量計算手段と、を備えたことである。
【００１４】
請求項９に係る３次元形状評価装置の特徴は、請求項８において、前記歪み量計算手段は、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び最小値を保存することである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る３次元形状評価方法においては、歪み量計算ステップにおいて求めた歪み量によりワークの３次元形状を評価しているため、評価対象量が定量化されている。また、この評価方法においては、立体歪み量計算ステップにおいて、一定距離毎に平行にずらした各断面における歪み量を求め、回転歪み量計算ステップにおいて、ワークを一定角度毎に回転させて歪み量を求めているため、異なった角度の平行断面においてワークの歪み量を評価することができる。したがって、請求項１に係る３次元形状評価方法によれば、３次元方向において外形形状が変化するワークであっても、３次元形状を客観的かつ正確に評価することができる上、容易に評価することができる。なお、「当接」には、接する場合も含まれるものとする。
【００１６】
請求項２に係る３次元形状評価方法においては、請求項１に係る発明において、点群データを平面の最小自乗法により修正しているため、ワークの３次元形状をより正確に評価することができる。
【００１７】
請求項３に係る３次元形状評価方法においては、請求項２に係る発明において、平面の最小自乗法により修正された点群データを所定のデータ量まで減少させているため、ヤスリがけ等による細かい凹凸の影響を避けることができるとともに、評価時間を短縮することができる。
【００１８】
請求項４に係る３次元形状評価方法においては、請求項１乃至請求項３のいずれかの発明において、各評価点において、歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存しているため、メモリのデータエリアを節約することができる。
【００１９】
請求項５に係る３次元形状評価方法においては、請求項４の発明において、歪み量が所定の基準値以上である隣接した評価点をグルーピングし、そのエリアを凹部と認定しているため、凹歪みの評価が容易になる。
【００２０】
請求項６に係る３次元形状評価方法においては、請求項４の発明において、歪み量が所定の基準値以下である隣接した評価点をグルーピングし、そのエリアを凸部と認定しているため、凸歪みの評価が容易になる。
【００２１】
請求項７に係る３次元形状評価方法においては、請求項５又は請求項６の発明において、グルーピングされたエリアの面積及びエリア内の評価点の歪み量の総和に基づき凹凸を評価しているため、現実に即してワークの３次元形状を評価することができる。
【００２２】
請求項８に係る３次元形状評価装置においては、歪み量計算手段において求めた歪み量によりワークの３次元形状を評価しているため、評価対象量が定量化されている。また、この評価装置においては、立体歪み量計算手段において、一定距離毎に平行にずらした各断面における歪み量を求め、回転歪み量計算手段において、ワークを一定角度毎に回転させて歪み量を求めているため、異なった角度の平行断面においてワークを評価することができる。したがって、請求項８に係る３次元形状評価装置によれば、３次元方向において外形形状が変化するワークであっても、３次元形状を客観的かつ正確に評価することができる上、容易に評価することができる。
【００２３】
請求項９に係る３次元形状評価装置においては、請求項８の発明において、各評価点において、歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存しているため、メモリのデータエリアを節約することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置を具体化した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は本実施形態の３次元形状評価装置の斜視図である。この３次元形状評価装置は、測定ヘッド１、ステージ２、ワーク台３、ワーク固定治具４及び制御処理装置５を備えている。測定ヘッド１は、矢印で示すようにステージ２に沿って上下方向に移動し、ワークＷにラインレーザを照射するレーザ投光器１１と、ワークＷから反射されたレーザを検知するＣＣＤカメラ１２とを備えている。ワーク固定治具４は、ワークＷをワーク台３に載せて固定する。制御処理装置５は、測定ヘッド１を制御するとともにデータ処理を行う。また、測定ヘッド１は制御処理装置５と電気的に接続されている。図２はワークＷの正面図である。ワークＷは鋼板９０と鋼板９１とを溶接により接合したものであり、溶接ビード部９２にはヤスリがけが施されている。
【００２５】
本実施形態は、ワークＷのレーザ投光器１１に対向する面を評価面とし、この３次元形状評価装置を用いて、ワークＷの評価面の３次元形状を評価するものである。次に、この３次元形状評価方法を概説する。この３次元形状評価方法では、図３の矢印で示すように、ワークＷにラインレーザを所定間隔で照射し、反射されたレーザからワークＷの３次元点群データを取得する。そして、この３次元点群データから、ワークＷを１度毎に１８０度まで回転した場合における平行な断面１００の断面データを計算し、各断面データから各点における歪み量を求める。最後に、各点における歪み量から、ワークＷの評価面の３次元形状を評価する。
【００２６】
次に、図４により、本実施形態の３次元形状評価方法を具体的に説明する。まず、ワーク固定治具４により、ワークＷをワーク台３の所定の位置に固定する。そして、図示しないスタートスイッチを押すことにより、図４に示すプログラムの実行が開始される。
【００２７】
図４に示すプログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ１において、ワークＷの３次元点群データが取得される。具体的には、制御処理装置５からの指令により、レーザ投光器１１からラインレーザがワークＷに照射される。また、ＣＣＤカメラ１２により、ワークＷから反射されたレーザが検知され、そのデータが制御処理装置５に転送される。なお、このデータは、基準面をＸＹ平面としたとき、ワークＷの評価面のＺ軸方向の距離を表している。そして、測定ヘッド１をステージ２に沿って上方に移動しつつ、所定の測定領域について測定が終了するまで、上記操作が繰り返される。こうして、ＣＣＤカメラ１２から制御処理装置５に転送されたデータは、ワークＷの３次元の点群データとされ、制御処理装置５のメモリに記憶される。なお、後述するように、この点群データはＸ軸方向及びＹ軸方向とも０．１ｍｍ間隔で取得される。ここで、ステップＳ１が請求項１のデータ取得ルーチンである。
【００２８】
ステップＳ２においては、点群データの修正を行う。ワーク台３の上にワークＷを載せて固定する際、図５（Ａ）に示すように、評価面の向きが傾いて法線Ｚ０がＺ軸に平行にならない場合が起こり得る。そのため、図５（Ｂ）に示すように、点群データの修正を行い、平面の最小自乗法により求めた法線Ｚ０の向きがＺ軸に平行になるようにする。
【００２９】
ステップＳ３においては、点群データの間引きを行う。ステップＳ２により得られた点群データは、図６（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも０．１ｍｍ間隔のメッシュの１個につき、１個のデータが得られる。この点群データをそのまま用いたのでは、ヤスリがけによる細かい凹凸である表面粗さが大きく影響するばかりでなく、評価に長時間を要してしまう。そのため、これらを防止して、ワークＷの評価面の３次元形状を適正に評価できるように点群データの間引きを行うのである。点群データの間引きは、上記問題点を解決できる程度のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）に区切り、各ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）内の点群データの平均値を新たな点群データの値とすることにより行う。本実施形態においては、図６（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも１ｍｍ間隔のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）に区切っている。そのため、１００個の点群データが１個の新たな点群データとされる。ステップＳ３を実行すると、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の数と同数の点群データが得られる。ここで、点群データは、そのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の位置における評価面のＺ軸方向の平均距離である。また、これとは別に、凹歪みの評価を行うため、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）と同数の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）のデータエリアが確保されている。したがって、１個のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）は、１個の点群データと１個の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）とに対応している。
【００３０】
ステップＳ４においては、ステップＳ３で得られた点群データから、Ｚ軸に平行な平面でワークＷを切断した断面データを計算し、図７に示すように、所定断面における外形形状を求める。ここで、○印は断面データを表しており、各々の断面データ間のＸＹ平面に平行な距離は等しい。この断面データ間の距離は、ワークＷを切断するＺ軸に平行な平面がＸ軸となす角度によって決定される。なお、断面データの具体的な計算方法及び断面データ間の距離については後述する。ここで、ステップＳ４が請求項１の断面データ計算ステップである。
【００３１】
ステップＳ５においては、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、外形形状に含まれる断面データの１つを第１点Ａ１とし、この第１点Ａ１からＸ軸方向の長さがｌｘである基準直線ｌを引く。そして、基準直線ｌが外形形状と当接又は接する第２点Ａ２を求める。この基準直線ｌの長さｌｘは、人が相対的に凹と評価できる長さであり、本実施形態ではｌｘ＝２５ｍｍである。図８（Ａ）は、基準直線ｌが外形形状と接しない場合の例である。この場合は、基準直線ｌが外形形状と当接する点を第２点Ａ２とする。また、図８（Ｂ）は、基準直線ｌが外形形状と接する場合の例である。この場合は、接点を第２点Ａ２とする。さらに、図８（Ｃ）は、基準直線ｌが外形形状の下側において外形形状と接する場合の例である。なお、基準直線ｌが外形形状の下側になる場合であっても、図８（Ａ）、（Ｂ）と同様の方法で第２点Ａ２を求めることができる。ここで、ステップＳ５が請求項１の線分決定ステップである。
【００３２】
ステップＳ６においては、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、断面データ上において、第１点Ａ１から第２点Ａ２までの複数の評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を求める。なお、図９（Ａ）、（Ｂ）では、便宜的に評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を４個にしている。
【００３３】
ステップＳ７においては、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４から基準直線ｌまでの垂直距離を歪み量Ｌとして求める。ただし、矢印下方向を正とし、矢印上方向を負とする。図９（Ａ）は、基準直線ｌが外形形状の上側にある場合である。この場合は、歪み量Ｌは正になり、凹歪みを表す。また、図９（Ｂ）は、基準直線ｌが外形形状の下側にある場合である。この場合は、歪み量Ｌは負になり、凸歪みを表す。このように、断面データの一部である評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４から基準直線ｌへの垂直距離を歪み量Ｌとしているため、ＸＹ平面上の断面データの位置における歪み量Ｌを正確に表すことができる。ここで、ステップＳ７が請求項１の歪み量計算ステップである。
【００３４】
ステップＳ８においては、各評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の歪み量Ｌが、すでに記憶されている各評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の属するＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）より大きいか否かを比較する。歪み量Ｌが最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）より大きい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ９に進む。また、歪み量Ｌが最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）より小さいか又は等しい場合（ＮＯ）、ステップＳ１０に進む。なお、前述したように、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）毎に最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）を有している。
【００３５】
ステップＳ９においては、歪み量Ｌを最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）として記憶する。この最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）は、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）における凹歪みの最大値を表す。
【００３６】
ステップＳ１０においては、１つの断面の外形形状について、上記ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７がすべて終了したか否かをチェックする。すべての断面データについて、上記ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７が終了した場合（ＹＥＳ）、１つの断面の外形形状について終了したと判断して、ステップＳ１１に進む。また、すべての断面データについて、上記ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７が終了していない場合（ＮＯ）、１つの断面の外形形状について終了していないと判断して、ステップＳ５に戻る。ここで、ステップＳ１０が請求項１の断面歪み量計算ステップである。
【００３７】
ステップＳ１１においては、平行なすべての断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされたか否かをチェックする。平行なすべての断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされた場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１１の終了により、１ｍｍ毎に平行にずらした各断面、すなわち、ワークＷを同じ角度から見た各断面における歪み量Ｌの検討が終了する。また、平行なすべての断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされていない場合（ＮＯ）、ステップＳ４に戻り、次の断面における外形形状について歪み量Ｌの検討を行う。ここで、ステップＳ１１が請求項１の立体歪み量計算ステップである。
【００３８】
ステップＳ１２においては、ワークＷを１８０度回転させたすべての平行断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされたか否かをチェックする。すべて終了している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１２の終了により、ワークＷを１度毎に回転させて、１８０度全方向から見た歪み量Ｌの検討が終了する。また、未だ終了していない場合（ＮＯ）、ワークＷをさらに１度回転させ、ステップＳ４に戻る。ここで、ステップＳ１２が請求項１の回転歪み量計算ステップである。
【００３９】
ステップＳ１３においては、最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）が基準値（本実施形態においては３０μｍの凹歪みに相当する値）以下の隣接した点をグルーピングする。この結果を、図１０に示すように、制御処理装置５のモニタに表示することができる。図１０において、凹部３０、３１はグルーピングされたエリアを表わしている。
【００４０】
ステップＳ１４においては、凹部３０、３１の面積及び歪み量の総和を計算する。
【００４１】
ステップＳ１５においては、ステップＳ１４で計算した凹部３０、３１の面積及び歪み量の総和に基づいて凹歪みの評価を行う。この際、少なくとも面積又は歪み量の総和の一方が各々の基準値以上である場合、ワークＷを不良品（ＮＧ）とする。また、面積及び歪み量の総和の両方が各々の基準値以下である場合、ワークＷは良品（ＯＫ）とされる。ステップＳ１５の実行が終了すると、このプログラムの実行が終了する。
【００４２】
次に、ステップＳ４における断面データの具体的な計算方法及び断面データ間の距離（ステップＳ６の評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の間の距離）の決定方法について詳説する。ステップＳ３で得られたＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）を図１１に示す。要素Ｘ、ＹによりＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）のＸＹ平面上の位置が表される。便宜上、要素Ｘ、Ｙは、各々０〜７の各８個とする。また、１個のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも１ｍｍ間隔であり、１個の点群データを有している。ここで、点群データは、そのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の位置における評価面のＺ軸方向の平均距離である。
【００４３】
まず、Ｚ軸に平行な平面でかつＸ軸とのなす角が０度である平面Ｃ１により、ワークＷを切断した断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７を求める方法を説明する。平面Ｃ１は、ＸＹメッシュ（０、０）、（１、０）、（２、０）、（３、０）、（４、０）、（５、０）、（６、０）、（７、０）の中央を通るため、これらのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の点群データがそのまま断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７となる。そして、断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７間の距離は、Ｘ方向に隣接するＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の中央の距離であり、１ｍｍである。以下、平面Ｃ１に対して平行で、かつ平面間の距離が１ｍｍである平面Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７についても同様である。
【００４４】
次に、図１２に示すように、Ｘ軸とのなす角が０度より大きく４５度以下（１３５度以上、１８０度未満の場合も同様）である平面Ｃ９により、ワークＷを切断した断面データを求める方法を説明する。まず、平面Ｃ９はＸＹメッシュ（０、１）、（５、３）の中央を通るため、ＸＹメッシュ（０、１）、（５、３）の点群データがそのまま断面データａ０、ａ５となる。断面データａ１は、ＸＹメッシュ（１、２）寄りのＸＹメッシュ（１、１）に属しているため、ＸＹメッシュ（１、１）、（１、２）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ２は、ＸＹメッシュ（２、１）寄りのＸＹメッシュ（２、２）に属しているため、ＸＹメッシュ（２、２）、（２、１）の２つの点群データの比例配分により求められる。すなわち、断面データａ１、ａ２は、Ｙ方向に隣接したＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ３、ａ４、ａ６、ａ７についても同様に求められる。そして、断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７間の距離は、隣接する断面データのＸ方向の成分の距離が１ｍｍとなるような値であり、この場合は約１．０７７ｍｍである。以下、平面Ｃ９に対して平行で、かつ平面間の距離が１ｍｍである平面についても同様である。なお、ワークＷを切断する平面とＸ軸とのなす角が４５度、１３５度の場合、断面データ間の距離は最大になり、約１．４１４ｍｍである。
【００４５】
また、図１３に示すように、Ｘ軸とのなす角が４５度より大きく１３５度未満である平面Ｃ１０により、ワークＷを切断した断面データを求める方法を説明する。まず、平面Ｃ１０はＸＹメッシュ（１、０）、（３、５）の中央を通るため、ＸＹメッシュ（１、０）、（３、５）の点群データがそのまま断面データａ０、ａ５となる。断面データａ１は、ＸＹメッシュ（２、１）寄りのＸＹメッシュ（１、１）に属しているため、ＸＹメッシュ（１、１）、（２、１）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ２は、ＸＹメッシュ（１、２）寄りのＸＹメッシュ（２、２）に属しているため、ＸＹメッシュ（２、２）、（１、２）の２つの点群データの比例配分により求められる。すなわち、断面データａ１、ａ２は、Ｘ方向に隣接したＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ３、ａ４、ａ６、ａ７についても同様に求められる。そして、断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７間の距離は、隣接する断面データのＹ方向の成分の距離が１ｍｍとなるような値であり、この場合は約１．０７７ｍｍである。以下、平面Ｃ１０に対して平行で、かつ平面間の距離が１ｍｍである平面についても同様である。
【００４６】
本実施形態においては、１個のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）につき１個の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）を記憶しているが、ワークＷを１度回転させる毎に、すべてのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）について歪み量Ｌを記憶していてもよい。この場合、ステップＳ７において求められた歪み量Ｌをすべて意臆しておき、ステップＳ８及びステップＳ９は実行しない。そして、ステップＳ１３の実行前に、この歪み量Ｌから最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）を計算する。これによっても、実施形態の３次元形状評価方法と同様の効果が得られる。
【００４７】
また、本実施形態においては、ステップＳ５において、図８（Ｃ）のように、基準直線ｌが外形形状の下側になる場合、基準直線ｌを求めることなく、第１点Ａ１を１つ進めるようにしてもよい。これにより、計算時間の短縮を図ることができる。なお、プログラムの実行開始直後に、最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）の初期値を０にしておけば、ステップＳ８における判断が容易である。
【００４８】
さらに、本実施形態においては、凹歪みのみ評価を行ったが、最小歪み量Ｌｍｉｎ（Ｘ、Ｙ）を計算することにより凸歪みの評価を行うこともできる。また、最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）及び最小歪み量Ｌｍｉｎ（Ｘ、Ｙ）を計算することにより、凹歪み及び凸歪みの両方の評価を行うこともできる。
【００４９】
なお、以上において、本発明を溶接ビード部９２の凹歪み評価に即して説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態の３次元形状評価装置の斜視図。
【図２】実施形態に係り、ワークの正面図。
【図３】実施形態に係り、ワークに照射するラインレーザの位置と、ワークを所定角度回転した平行な断面を表す図。
【図４】実施形態の３次元形状評価方法を示すフローチャート。
【図５】実施形態に係り、平面の最小自乗法による点群データの補正を示す図。
【図６】実施形態に係り、点群データの間引きを示す図。
【図７】実施形態に係り、所定断面における外形形状を示す図。
【図８】実施形態に係り、外形形状と基準直線とから決定された線分を示す図。
【図９】実施形態に係り、評価点の歪み量を示す図。
【図１０】実施形態に係り、ワークの凹部を示す図。
【図１１】実施形態に係り、Ｘ軸と平行な平面でワークを切断した断面データのＸＹ平面上の位置を示す図。
【図１２】実施形態に係り、Ｘ軸とのなす角が０度より大きく４５度以下又は１３５度以上で１８０度未満である平面により、ワークを切断した断面データのＸＹ平面上の位置を示す図。
【図１３】実施形態に係り、Ｘ軸とのなす角が４５度より大きく１３５度未満である平面により、ワークを切断した断面データのＸＹ平面上の位置を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１…測定ヘッド、２…ステージ、３…ワーク台、４…ワーク固定冶具、５…制御処理装置、１１…レーザ投光器、１２…ＣＣＤカメラ、Ｓ１…データ取得ルーチン、Ｓ２〜Ｓ１５…評価ルーチン、Ｓ４…断面データ計算ステップ、Ｓ５…線分決定ステップ、Ｓ７…歪み量計算ステップ、Ｓ１０…断面歪み量計算ステップ、Ｓ１１…立体歪み量計算ステップ、Ｓ１２…回転歪み量計算ステップ、Ａ１…第１点、Ａ２…第２点、ｌ…基準直線、Ｂ１〜Ｂ４…評価点、Ｌ…歪み量、３０、３１…凹部、ａ０〜ａ７…断面データ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な３次元形状評価方法として、検査員の目視、触感等の官能によるものが知られている。しかし、この方法では、評価対象量が定量化されていないため、検査員の評価にばらつきが生じ、客観的かつ正確にワークの３次元形状を評価することができない。また、評価に際し高い技能が求められるため、ワークの３次元形状を正しく評価するのは困難である。
【０００３】
これに対し、特許文献１記載の３次元形状評価方法が提案されている。この特許文献１記載の方法は、データ取得ルーチンにより３次元形状測定器によってワークの３次元の点群データを取得し、評価ルーチンによりこの点群データとＣＡＤデータ又はマスターワークのデータとを比較して、ワークの３次元形状を評価するものである。特許文献１記載の方法によれば、評価対象量が定量化されているため、検査員の評価のばらつきを防止でき、客観的かつ正確にワークの３次元形状を評価することができる。また、評価に際し高い技能は不要であるため、容易にワークの３次元形状を評価することができる。
【特許文献１】特開２０００−１２２９９６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１記載の方法では、基準となるＣＡＤデータ又はマスターワークのデータとワークのデータとを比較して３次元形状を評価するものであるため、例えば、溶接ビードの仕上部分等の３次元形状を評価するのは困難である。すなわち、溶接ビードの仕上部分は、面積や２次元形状が一定していないのみならず、３次元的にうねった滑らかな凸平面が凹凸歪みを持つ上、緩やかな凹歪みがヤスリがけの粗さの中に埋もれてしまっている等の特徴を有する。そして、これらの特徴がワーク毎に異なる結果、ワーク毎に３次元形状が異なることとなるからである。
【０００５】
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、３次元方向において外形形状が変化するワークであっても、３次元形状を客観的かつ正確に評価することができる上、容易に評価することのできる３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る３次元形状評価方法の特徴は、３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得ルーチンと、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価ルーチンとを備えた３次元形状評価方法において、前記評価ルーチンは、記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算ステップと、該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定ステップと、前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算ステップと、前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定ステップ及び前記歪み量計算ステップを各々実行する断面歪み量計算ステップと、前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算ステップ及び前記断面歪み量計算ステップを実行する立体歪み量計算ステップと、ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算ステップを実行する回転歪み量計算ステップと、を備えたことである。
【０００７】
請求項２に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項１において、前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、前記データ取得ルーチンで得られた前記点群データを平面の最小自乗法により修正することである。
【０００８】
請求項３に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項２において、前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、平面の最小自乗法により修正された前記点群データを所定のデータ量まで減少させることである。
【０００９】
請求項４に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、前記歪み量計算ステップは、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存することである。
【００１０】
請求項５に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項４において、前記歪み量が所定の基準値以上である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凹部として認定することである。
【００１１】
請求項６に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項４において、前記歪み量が所定の基準値以下である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凸部として認定することである。
【００１２】
請求項７に係る３次元形状評価方法の特徴は、請求項５又は請求項６において、前記エリアの面積及び前記エリア内の前記評価点の前記歪み量の総和に基づき凹凸を評価することである。
【００１３】
請求項８に係る３次元形状評価装置の特徴は、３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得手段と、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価手段とを備えた３次元形状評価装置において、前記評価手段は、前記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算手段と、該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定手段と、前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算手段と、前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定手段及び前記歪み量計算手段を各々実行する断面歪み量計算手段と、前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算手段及び前記断面歪み量計算手段を実行する立体歪み量計算手段と、ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算手段を実行する回転歪み量計算手段と、を備えたことである。
【００１４】
請求項９に係る３次元形状評価装置の特徴は、請求項８において、前記歪み量計算手段は、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び最小値を保存することである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る３次元形状評価方法においては、歪み量計算ステップにおいて求めた歪み量によりワークの３次元形状を評価しているため、評価対象量が定量化されている。また、この評価方法においては、立体歪み量計算ステップにおいて、一定距離毎に平行にずらした各断面における歪み量を求め、回転歪み量計算ステップにおいて、ワークを一定角度毎に回転させて歪み量を求めているため、異なった角度の平行断面においてワークの歪み量を評価することができる。したがって、請求項１に係る３次元形状評価方法によれば、３次元方向において外形形状が変化するワークであっても、３次元形状を客観的かつ正確に評価することができる上、容易に評価することができる。なお、「当接」には、接する場合も含まれるものとする。
【００１６】
請求項２に係る３次元形状評価方法においては、請求項１に係る発明において、点群データを平面の最小自乗法により修正しているため、ワークの３次元形状をより正確に評価することができる。
【００１７】
請求項３に係る３次元形状評価方法においては、請求項２に係る発明において、平面の最小自乗法により修正された点群データを所定のデータ量まで減少させているため、ヤスリがけ等による細かい凹凸の影響を避けることができるとともに、評価時間を短縮することができる。
【００１８】
請求項４に係る３次元形状評価方法においては、請求項１乃至請求項３のいずれかの発明において、各評価点において、歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存しているため、メモリのデータエリアを節約することができる。
【００１９】
請求項５に係る３次元形状評価方法においては、請求項４の発明において、歪み量が所定の基準値以上である隣接した評価点をグルーピングし、そのエリアを凹部と認定しているため、凹歪みの評価が容易になる。
【００２０】
請求項６に係る３次元形状評価方法においては、請求項４の発明において、歪み量が所定の基準値以下である隣接した評価点をグルーピングし、そのエリアを凸部と認定しているため、凸歪みの評価が容易になる。
【００２１】
請求項７に係る３次元形状評価方法においては、請求項５又は請求項６の発明において、グルーピングされたエリアの面積及びエリア内の評価点の歪み量の総和に基づき凹凸を評価しているため、現実に即してワークの３次元形状を評価することができる。
【００２２】
請求項８に係る３次元形状評価装置においては、歪み量計算手段において求めた歪み量によりワークの３次元形状を評価しているため、評価対象量が定量化されている。また、この評価装置においては、立体歪み量計算手段において、一定距離毎に平行にずらした各断面における歪み量を求め、回転歪み量計算手段において、ワークを一定角度毎に回転させて歪み量を求めているため、異なった角度の平行断面においてワークを評価することができる。したがって、請求項８に係る３次元形状評価装置によれば、３次元方向において外形形状が変化するワークであっても、３次元形状を客観的かつ正確に評価することができる上、容易に評価することができる。
【００２３】
請求項９に係る３次元形状評価装置においては、請求項８の発明において、各評価点において、歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存しているため、メモリのデータエリアを節約することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の３次元形状評価方法及び３次元形状評価装置を具体化した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は本実施形態の３次元形状評価装置の斜視図である。この３次元形状評価装置は、測定ヘッド１、ステージ２、ワーク台３、ワーク固定治具４及び制御処理装置５を備えている。測定ヘッド１は、矢印で示すようにステージ２に沿って上下方向に移動し、ワークＷにラインレーザを照射するレーザ投光器１１と、ワークＷから反射されたレーザを検知するＣＣＤカメラ１２とを備えている。ワーク固定治具４は、ワークＷをワーク台３に載せて固定する。制御処理装置５は、測定ヘッド１を制御するとともにデータ処理を行う。また、測定ヘッド１は制御処理装置５と電気的に接続されている。図２はワークＷの正面図である。ワークＷは鋼板９０と鋼板９１とを溶接により接合したものであり、溶接ビード部９２にはヤスリがけが施されている。
【００２５】
本実施形態は、ワークＷのレーザ投光器１１に対向する面を評価面とし、この３次元形状評価装置を用いて、ワークＷの評価面の３次元形状を評価するものである。次に、この３次元形状評価方法を概説する。この３次元形状評価方法では、図３の矢印で示すように、ワークＷにラインレーザを所定間隔で照射し、反射されたレーザからワークＷの３次元点群データを取得する。そして、この３次元点群データから、ワークＷを１度毎に１８０度まで回転した場合における平行な断面１００の断面データを計算し、各断面データから各点における歪み量を求める。最後に、各点における歪み量から、ワークＷの評価面の３次元形状を評価する。
【００２６】
次に、図４により、本実施形態の３次元形状評価方法を具体的に説明する。まず、ワーク固定治具４により、ワークＷをワーク台３の所定の位置に固定する。そして、図示しないスタートスイッチを押すことにより、図４に示すプログラムの実行が開始される。
【００２７】
図４に示すプログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ１において、ワークＷの３次元点群データが取得される。具体的には、制御処理装置５からの指令により、レーザ投光器１１からラインレーザがワークＷに照射される。また、ＣＣＤカメラ１２により、ワークＷから反射されたレーザが検知され、そのデータが制御処理装置５に転送される。なお、このデータは、基準面をＸＹ平面としたとき、ワークＷの評価面のＺ軸方向の距離を表している。そして、測定ヘッド１をステージ２に沿って上方に移動しつつ、所定の測定領域について測定が終了するまで、上記操作が繰り返される。こうして、ＣＣＤカメラ１２から制御処理装置５に転送されたデータは、ワークＷの３次元の点群データとされ、制御処理装置５のメモリに記憶される。なお、後述するように、この点群データはＸ軸方向及びＹ軸方向とも０．１ｍｍ間隔で取得される。ここで、ステップＳ１が請求項１のデータ取得ルーチンである。
【００２８】
ステップＳ２においては、点群データの修正を行う。ワーク台３の上にワークＷを載せて固定する際、図５（Ａ）に示すように、評価面の向きが傾いて法線Ｚ０がＺ軸に平行にならない場合が起こり得る。そのため、図５（Ｂ）に示すように、点群データの修正を行い、平面の最小自乗法により求めた法線Ｚ０の向きがＺ軸に平行になるようにする。
【００２９】
ステップＳ３においては、点群データの間引きを行う。ステップＳ２により得られた点群データは、図６（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも０．１ｍｍ間隔のメッシュの１個につき、１個のデータが得られる。この点群データをそのまま用いたのでは、ヤスリがけによる細かい凹凸である表面粗さが大きく影響するばかりでなく、評価に長時間を要してしまう。そのため、これらを防止して、ワークＷの評価面の３次元形状を適正に評価できるように点群データの間引きを行うのである。点群データの間引きは、上記問題点を解決できる程度のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）に区切り、各ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）内の点群データの平均値を新たな点群データの値とすることにより行う。本実施形態においては、図６（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも１ｍｍ間隔のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）に区切っている。そのため、１００個の点群データが１個の新たな点群データとされる。ステップＳ３を実行すると、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の数と同数の点群データが得られる。ここで、点群データは、そのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の位置における評価面のＺ軸方向の平均距離である。また、これとは別に、凹歪みの評価を行うため、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）と同数の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）のデータエリアが確保されている。したがって、１個のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）は、１個の点群データと１個の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）とに対応している。
【００３０】
ステップＳ４においては、ステップＳ３で得られた点群データから、Ｚ軸に平行な平面でワークＷを切断した断面データを計算し、図７に示すように、所定断面における外形形状を求める。ここで、○印は断面データを表しており、各々の断面データ間のＸＹ平面に平行な距離は等しい。この断面データ間の距離は、ワークＷを切断するＺ軸に平行な平面がＸ軸となす角度によって決定される。なお、断面データの具体的な計算方法及び断面データ間の距離については後述する。ここで、ステップＳ４が請求項１の断面データ計算ステップである。
【００３１】
ステップＳ５においては、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、外形形状に含まれる断面データの１つを第１点Ａ１とし、この第１点Ａ１からＸ軸方向の長さがｌｘである基準直線ｌを引く。そして、基準直線ｌが外形形状と当接又は接する第２点Ａ２を求める。この基準直線ｌの長さｌｘは、人が相対的に凹と評価できる長さであり、本実施形態ではｌｘ＝２５ｍｍである。図８（Ａ）は、基準直線ｌが外形形状と接しない場合の例である。この場合は、基準直線ｌが外形形状と当接する点を第２点Ａ２とする。また、図８（Ｂ）は、基準直線ｌが外形形状と接する場合の例である。この場合は、接点を第２点Ａ２とする。さらに、図８（Ｃ）は、基準直線ｌが外形形状の下側において外形形状と接する場合の例である。なお、基準直線ｌが外形形状の下側になる場合であっても、図８（Ａ）、（Ｂ）と同様の方法で第２点Ａ２を求めることができる。ここで、ステップＳ５が請求項１の線分決定ステップである。
【００３２】
ステップＳ６においては、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、断面データ上において、第１点Ａ１から第２点Ａ２までの複数の評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を求める。なお、図９（Ａ）、（Ｂ）では、便宜的に評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を４個にしている。
【００３３】
ステップＳ７においては、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４から基準直線ｌまでの垂直距離を歪み量Ｌとして求める。ただし、矢印下方向を正とし、矢印上方向を負とする。図９（Ａ）は、基準直線ｌが外形形状の上側にある場合である。この場合は、歪み量Ｌは正になり、凹歪みを表す。また、図９（Ｂ）は、基準直線ｌが外形形状の下側にある場合である。この場合は、歪み量Ｌは負になり、凸歪みを表す。このように、断面データの一部である評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４から基準直線ｌへの垂直距離を歪み量Ｌとしているため、ＸＹ平面上の断面データの位置における歪み量Ｌを正確に表すことができる。ここで、ステップＳ７が請求項１の歪み量計算ステップである。
【００３４】
ステップＳ８においては、各評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の歪み量Ｌが、すでに記憶されている各評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の属するＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）より大きいか否かを比較する。歪み量Ｌが最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）より大きい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ９に進む。また、歪み量Ｌが最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）より小さいか又は等しい場合（ＮＯ）、ステップＳ１０に進む。なお、前述したように、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）毎に最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）を有している。
【００３５】
ステップＳ９においては、歪み量Ｌを最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）として記憶する。この最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）は、ＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）における凹歪みの最大値を表す。
【００３６】
ステップＳ１０においては、１つの断面の外形形状について、上記ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７がすべて終了したか否かをチェックする。すべての断面データについて、上記ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７が終了した場合（ＹＥＳ）、１つの断面の外形形状について終了したと判断して、ステップＳ１１に進む。また、すべての断面データについて、上記ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７が終了していない場合（ＮＯ）、１つの断面の外形形状について終了していないと判断して、ステップＳ５に戻る。ここで、ステップＳ１０が請求項１の断面歪み量計算ステップである。
【００３７】
ステップＳ１１においては、平行なすべての断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされたか否かをチェックする。平行なすべての断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされた場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１１の終了により、１ｍｍ毎に平行にずらした各断面、すなわち、ワークＷを同じ角度から見た各断面における歪み量Ｌの検討が終了する。また、平行なすべての断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされていない場合（ＮＯ）、ステップＳ４に戻り、次の断面における外形形状について歪み量Ｌの検討を行う。ここで、ステップＳ１１が請求項１の立体歪み量計算ステップである。
【００３８】
ステップＳ１２においては、ワークＷを１８０度回転させたすべての平行断面の外形形状について、歪み量Ｌの検討がされたか否かをチェックする。すべて終了している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１２の終了により、ワークＷを１度毎に回転させて、１８０度全方向から見た歪み量Ｌの検討が終了する。また、未だ終了していない場合（ＮＯ）、ワークＷをさらに１度回転させ、ステップＳ４に戻る。ここで、ステップＳ１２が請求項１の回転歪み量計算ステップである。
【００３９】
ステップＳ１３においては、最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）が基準値（本実施形態においては３０μｍの凹歪みに相当する値）以下の隣接した点をグルーピングする。この結果を、図１０に示すように、制御処理装置５のモニタに表示することができる。図１０において、凹部３０、３１はグルーピングされたエリアを表わしている。
【００４０】
ステップＳ１４においては、凹部３０、３１の面積及び歪み量の総和を計算する。
【００４１】
ステップＳ１５においては、ステップＳ１４で計算した凹部３０、３１の面積及び歪み量の総和に基づいて凹歪みの評価を行う。この際、少なくとも面積又は歪み量の総和の一方が各々の基準値以上である場合、ワークＷを不良品（ＮＧ）とする。また、面積及び歪み量の総和の両方が各々の基準値以下である場合、ワークＷは良品（ＯＫ）とされる。ステップＳ１５の実行が終了すると、このプログラムの実行が終了する。
【００４２】
次に、ステップＳ４における断面データの具体的な計算方法及び断面データ間の距離（ステップＳ６の評価点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の間の距離）の決定方法について詳説する。ステップＳ３で得られたＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）を図１１に示す。要素Ｘ、ＹによりＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）のＸＹ平面上の位置が表される。便宜上、要素Ｘ、Ｙは、各々０〜７の各８個とする。また、１個のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも１ｍｍ間隔であり、１個の点群データを有している。ここで、点群データは、そのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の位置における評価面のＺ軸方向の平均距離である。
【００４３】
まず、Ｚ軸に平行な平面でかつＸ軸とのなす角が０度である平面Ｃ１により、ワークＷを切断した断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７を求める方法を説明する。平面Ｃ１は、ＸＹメッシュ（０、０）、（１、０）、（２、０）、（３、０）、（４、０）、（５、０）、（６、０）、（７、０）の中央を通るため、これらのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の点群データがそのまま断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７となる。そして、断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７間の距離は、Ｘ方向に隣接するＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の中央の距離であり、１ｍｍである。以下、平面Ｃ１に対して平行で、かつ平面間の距離が１ｍｍである平面Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７についても同様である。
【００４４】
次に、図１２に示すように、Ｘ軸とのなす角が０度より大きく４５度以下（１３５度以上、１８０度未満の場合も同様）である平面Ｃ９により、ワークＷを切断した断面データを求める方法を説明する。まず、平面Ｃ９はＸＹメッシュ（０、１）、（５、３）の中央を通るため、ＸＹメッシュ（０、１）、（５、３）の点群データがそのまま断面データａ０、ａ５となる。断面データａ１は、ＸＹメッシュ（１、２）寄りのＸＹメッシュ（１、１）に属しているため、ＸＹメッシュ（１、１）、（１、２）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ２は、ＸＹメッシュ（２、１）寄りのＸＹメッシュ（２、２）に属しているため、ＸＹメッシュ（２、２）、（２、１）の２つの点群データの比例配分により求められる。すなわち、断面データａ１、ａ２は、Ｙ方向に隣接したＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ３、ａ４、ａ６、ａ７についても同様に求められる。そして、断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７間の距離は、隣接する断面データのＸ方向の成分の距離が１ｍｍとなるような値であり、この場合は約１．０７７ｍｍである。以下、平面Ｃ９に対して平行で、かつ平面間の距離が１ｍｍである平面についても同様である。なお、ワークＷを切断する平面とＸ軸とのなす角が４５度、１３５度の場合、断面データ間の距離は最大になり、約１．４１４ｍｍである。
【００４５】
また、図１３に示すように、Ｘ軸とのなす角が４５度より大きく１３５度未満である平面Ｃ１０により、ワークＷを切断した断面データを求める方法を説明する。まず、平面Ｃ１０はＸＹメッシュ（１、０）、（３、５）の中央を通るため、ＸＹメッシュ（１、０）、（３、５）の点群データがそのまま断面データａ０、ａ５となる。断面データａ１は、ＸＹメッシュ（２、１）寄りのＸＹメッシュ（１、１）に属しているため、ＸＹメッシュ（１、１）、（２、１）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ２は、ＸＹメッシュ（１、２）寄りのＸＹメッシュ（２、２）に属しているため、ＸＹメッシュ（２、２）、（１、２）の２つの点群データの比例配分により求められる。すなわち、断面データａ１、ａ２は、Ｘ方向に隣接したＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）の２つの点群データの比例配分により求められる。断面データａ３、ａ４、ａ６、ａ７についても同様に求められる。そして、断面データａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７間の距離は、隣接する断面データのＹ方向の成分の距離が１ｍｍとなるような値であり、この場合は約１．０７７ｍｍである。以下、平面Ｃ１０に対して平行で、かつ平面間の距離が１ｍｍである平面についても同様である。
【００４６】
本実施形態においては、１個のＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）につき１個の最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）を記憶しているが、ワークＷを１度回転させる毎に、すべてのＸＹメッシュ（Ｘ、Ｙ）について歪み量Ｌを記憶していてもよい。この場合、ステップＳ７において求められた歪み量Ｌをすべて意臆しておき、ステップＳ８及びステップＳ９は実行しない。そして、ステップＳ１３の実行前に、この歪み量Ｌから最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）を計算する。これによっても、実施形態の３次元形状評価方法と同様の効果が得られる。
【００４７】
また、本実施形態においては、ステップＳ５において、図８（Ｃ）のように、基準直線ｌが外形形状の下側になる場合、基準直線ｌを求めることなく、第１点Ａ１を１つ進めるようにしてもよい。これにより、計算時間の短縮を図ることができる。なお、プログラムの実行開始直後に、最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）の初期値を０にしておけば、ステップＳ８における判断が容易である。
【００４８】
さらに、本実施形態においては、凹歪みのみ評価を行ったが、最小歪み量Ｌｍｉｎ（Ｘ、Ｙ）を計算することにより凸歪みの評価を行うこともできる。また、最大歪み量Ｌｍａｘ（Ｘ、Ｙ）及び最小歪み量Ｌｍｉｎ（Ｘ、Ｙ）を計算することにより、凹歪み及び凸歪みの両方の評価を行うこともできる。
【００４９】
なお、以上において、本発明を溶接ビード部９２の凹歪み評価に即して説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態の３次元形状評価装置の斜視図。
【図２】実施形態に係り、ワークの正面図。
【図３】実施形態に係り、ワークに照射するラインレーザの位置と、ワークを所定角度回転した平行な断面を表す図。
【図４】実施形態の３次元形状評価方法を示すフローチャート。
【図５】実施形態に係り、平面の最小自乗法による点群データの補正を示す図。
【図６】実施形態に係り、点群データの間引きを示す図。
【図７】実施形態に係り、所定断面における外形形状を示す図。
【図８】実施形態に係り、外形形状と基準直線とから決定された線分を示す図。
【図９】実施形態に係り、評価点の歪み量を示す図。
【図１０】実施形態に係り、ワークの凹部を示す図。
【図１１】実施形態に係り、Ｘ軸と平行な平面でワークを切断した断面データのＸＹ平面上の位置を示す図。
【図１２】実施形態に係り、Ｘ軸とのなす角が０度より大きく４５度以下又は１３５度以上で１８０度未満である平面により、ワークを切断した断面データのＸＹ平面上の位置を示す図。
【図１３】実施形態に係り、Ｘ軸とのなす角が４５度より大きく１３５度未満である平面により、ワークを切断した断面データのＸＹ平面上の位置を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１…測定ヘッド、２…ステージ、３…ワーク台、４…ワーク固定冶具、５…制御処理装置、１１…レーザ投光器、１２…ＣＣＤカメラ、Ｓ１…データ取得ルーチン、Ｓ２〜Ｓ１５…評価ルーチン、Ｓ４…断面データ計算ステップ、Ｓ５…線分決定ステップ、Ｓ７…歪み量計算ステップ、Ｓ１０…断面歪み量計算ステップ、Ｓ１１…立体歪み量計算ステップ、Ｓ１２…回転歪み量計算ステップ、Ａ１…第１点、Ａ２…第２点、ｌ…基準直線、Ｂ１〜Ｂ４…評価点、Ｌ…歪み量、３０、３１…凹部、ａ０〜ａ７…断面データ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得ルーチンと、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価ルーチンとを備えた３次元形状評価方法において、
前記評価ルーチンは、
前記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算ステップと、
該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定ステップと、
前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算ステップと、
前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定ステップ及び前記歪み量計算ステップを各々実行する断面歪み量計算ステップと、
前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算ステップ及び前記断面歪み量計算ステップを実行する立体歪み量計算ステップと、
ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算ステップを実行する回転歪み量計算ステップと、を備えることを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、前記データ取得ルーチンで得られた前記点群データを平面の最小自乗法により修正することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、平面の最小自乗法により修正された前記点群データを所定のデータ量まで減少させることを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、
前記歪み量計算ステップは、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記歪み量が所定の基準値以上である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凹部として認定することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記歪み量が所定の基準値以下である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凸部として認定することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６において、
前記エリアの面積及び前記エリア内の前記評価点の前記歪み量の総和に基づき凹凸を評価することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項８】
３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得手段と、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価手段とを備えた３次元形状評価装置において、
前記評価手段は、
前記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算手段と、
該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定手段と、
前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算手段と、
前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定手段及び前記歪み量計算手段を各々実行する断面歪み量計算手段と、
前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算手段及び前記断面歪み量計算手段を実行する立体歪み量計算手段と、
ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算手段を実行する回転歪み量計算手段と、を備えることを特徴とする３次元形状評価装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記歪み量計算手段は、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存することを特徴とする３次元形状評価装置。
【請求項１】
３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得ルーチンと、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価ルーチンとを備えた３次元形状評価方法において、
前記評価ルーチンは、
前記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算ステップと、
該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定ステップと、
前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算ステップと、
前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定ステップ及び前記歪み量計算ステップを各々実行する断面歪み量計算ステップと、
前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算ステップ及び前記断面歪み量計算ステップを実行する立体歪み量計算ステップと、
ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算ステップを実行する回転歪み量計算ステップと、を備えることを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、前記データ取得ルーチンで得られた前記点群データを平面の最小自乗法により修正することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記評価ルーチンは、前記断面データ計算ステップを実行する前に、平面の最小自乗法により修正された前記点群データを所定のデータ量まで減少させることを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、
前記歪み量計算ステップは、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記歪み量が所定の基準値以上である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凹部として認定することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記歪み量が所定の基準値以下である隣接した前記評価点をグルーピングし、該グルーピングされたエリアを凸部として認定することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６において、
前記エリアの面積及び前記エリア内の前記評価点の前記歪み量の総和に基づき凹凸を評価することを特徴とする３次元形状評価方法。
【請求項８】
３次元形状測定器によって３次元の点群データを取得するデータ取得手段と、該点群データに基づいてワークの３次元形状を評価する評価手段とを備えた３次元形状評価装置において、
前記評価手段は、
前記点群データからワークの所定断面における外形形状を表す断面データを求める断面データ計算手段と、
該断面データのうちの１つを第１点とし、該第１点から引いた所定の基準直線が該外形形状と当接する第２点を求める線分決定手段と、
前記断面データ上の前記第１点から前記第２点までの複数の評価点から前記基準直線までの距離を歪み量として求める歪み量計算手段と、
前記第１点を前記断面データ上で一定距離毎に移動させ、前記線分決定手段及び前記歪み量計算手段を各々実行する断面歪み量計算手段と、
前記所定断面から一定距離毎に平行にずらした各断面における前記断面データ計算手段及び前記断面歪み量計算手段を実行する立体歪み量計算手段と、
ワークを一定角度毎に回転させた各断面における該立体歪み量計算手段を実行する回転歪み量計算手段と、を備えることを特徴とする３次元形状評価装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記歪み量計算手段は、前記各評価点において、前記歪み量のうちの最大値及び／又は最小値を保存することを特徴とする３次元形状評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−９３３９２（Ｐ２００７−９３３９２Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８３３１７（Ｐ２００５−２８３３１７）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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