(57)【要約】【課題】物体の表面の歪みをより精度よく認識することが可能な歪値を生成することができる、形状認識装置を提供する。【解決手段】物体の表面の形状を表す３次元形状データから、当該形状を相対的に粗く反映した曲率群からなるベース形状データと、当該形状を相対的に詳細に反映した曲率群からなる詳細形状データとが生成される。また、物体の表面の設計上の曲率群からなる設計形状データが取得される。物体の表面の所定領域を対象として、設計形状データから取得される曲率がベース形状データから取得される曲率を基準とする所定幅の許容範囲に含まれるか否かが判定される。設計形状データから取得される曲率がベース形状データから取得される曲率を基準とする所定幅の許容範囲に含まれない場合、設計形状データから取得される曲率と詳細形状データから取得される曲率との差が歪値として生成される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面の形状を表す３次元形状データから、当該形状を相対的に粗く反映した曲率群からなるベース形状データを生成するベース形状データ生成手段と、
前記３次元形状データから、前記物体の表面の形状を相対的に詳細に反映した曲率群からなる詳細形状データを生成する詳細形状データ生成手段と、
前記物体の表面の設計上の曲率群からなる設計形状データを取得する設計形状データ取得手段と、
前記物体の表面の所定領域に関し、前記ベース形状データから取得される曲率を基準とする所定幅の許容範囲に前記設計形状データから取得される曲率が含まれる場合、前記ベース形状データから取得される曲率と前記詳細形状データから取得される曲率との差を歪値として生成し、前記許容範囲に前記設計形状データから取得される曲率が含まれない場合、前記設計形状データから取得される曲率と前記詳細形状データから取得される曲率との差を歪値として生成する歪値生成手段と
を含む、形状認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面の形状の評価に用いられる形状認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のドアパネルなどの表面には、歪み（面歪）が発生することがある。その発生した歪みを定量的に評価するために用いられる装置として、本願出願人は、特許文献１において、その評価の対象となる物体（評価対象物）の表面の形状を認識する形状認識装置を提案している。
【０００３】
この形状認識装置では、評価対象物の表面を表す３次元形状データが取得され、３次元形状データから、評価対象物の表面の形状を粗く反映した曲率群からなるベース形状データと、当該表面の形状を詳細に反映した曲率群からなる詳細形状データとが生成される。そして、ベース形状データを基準として、同一の領域におけるベース形状データと詳細形状データとのずれ量が歪値として生成される。この歪値に基づいて、評価対象物の表面の歪みを定量的に評価することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１０５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、評価対象物の表面に広範囲に及ぶ大きな歪みが生じていると、ベース形状データがその大きな歪みを含むデータとなり、ベース形状データと詳細形状データとから生成される歪値に基づく評価において、評価対象物の表面の歪みを認識することができない場合がある。
【０００６】
本発明の目的は、物体の表面の歪みをより精度よく認識することが可能な歪値を生成することができる、形状認識装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明に係る形状認識装置は、物体の表面の形状を表す３次元形状データから、当該形状を相対的に粗く反映した曲率群からなるベース形状データを生成するベース形状データ生成手段と、その３次元形状データから、物体の表面の形状を相対的に詳細に反映した曲率群からなる詳細形状データを生成する詳細形状データ生成手段と、物体の表面の設計上の曲率群からなる設計形状データを取得する設計形状データ取得手段と、物体の表面の所定領域に関し、ベース形状データから取得される曲率を基準とする所定幅の許容範囲に設計形状データから取得される曲率が含まれる場合、ベース形状データから取得される曲率と詳細形状データから取得される曲率との差を歪値として生成し、当該許容範囲に設計形状データから取得される曲率が含まれない場合、設計形状データから取得される曲率と詳細形状データから取得される曲率との差を歪値として生成する歪値生成手段とを含む。
【０００８】
この構成によれば、物体の表面の形状を表す３次元形状データから、当該形状を相対的に粗く反映した曲率群からなるベース形状データと、当該形状を相対的に詳細に反映した曲率群からなる詳細形状データとが生成される。一方、物体の表面の設計上の曲率群からなる設計形状データが取得される。そして、物体の表面の所定領域を対象として、ベース形状データと設計形状データとが比較されて、設計形状データから取得される曲率がベース形状データから取得される曲率を基準とする所定幅の許容範囲に含まれるか否かが判定される。
【０００９】
設計形状データから取得される曲率がその許容範囲に含まれる場合には、ベース形状データから取得される曲率と詳細形状データから取得される曲率との差が歪値として生成される。これにより、従来の形状認識装置と同様、その生成された歪値に基づいて、物体の表面の歪みを定量的に評価することができる。
【００１０】
一方、物体の表面に広範囲に及ぶ大きな歪みが生じている場合、ベース形状データにその大きな歪みが含まれ、ベース形状データが設計形状データから大きくずれてしまう。この場合、ベース形状データから取得される曲率と詳細形状データから取得される曲率との差が歪値として生成されると、歪値には、物体の表面に生じている大きな歪みが反映されない。そのため、その歪値に基づいては、物体の表面の歪みを定量的に評価することができない。
【００１１】
そこで、設計形状データから取得される曲率がベース形状データから取得される曲率を基準とする所定幅の許容範囲に含まれない場合には、設計形状データから取得される曲率と詳細形状データから取得される曲率との差が歪値として生成される。これにより、物体の表面の広範囲に及ぶ歪みが歪値に反映されるので、その歪値に基づいて、物体の表面の歪みをより精度よく定量的に評価することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、物体の表面の歪みをより精度よく認識することが可能な歪値を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る形状認識装置が組み込まれた形状評価システムの外観構成を示す図である。
【図２】形状評価システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】評価対象面を有する物体の一例を示す斜視図であり、３次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を併せて示す。
【図４】図３に示される物体をＸ軸方向から見た図である。
【図５】ベース形状データ生成部による３次元データの切り出しについて説明するための図である。
【図６】評価対象面が湾曲している場合に、３次元データにおけるＹ座標の各値に対応するＺ座標の値が互いに異なる値となることを概念的に示す図である。
【図７】曲率生成部による曲率の生成手法を説明するための図である。
【図８】歪値生成部が実行する歪値生成処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】ベース形状データ、詳細形状データおよび設計形状データが表す曲線の一例を示す図である。
【図１０】ベース形状データ、詳細形状データおよび設計形状データが表す曲線の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る形状認識装置が組み込まれた形状評価システム１の外観構成を示す図である。
【００１６】
形状評価システム１は、物体の表面（以下、「評価対象面」という。）Ａの形状（歪み）を評価するためのシステムである。形状評価システム１は、評価対象面Ａを撮影して、当該表面の画像データを生成するカメラ２と、カメラ２を保持するロボット３と、カメラ２およびロボット３の動作を制御する撮影制御装置４と、カメラ２により生成される画像データから評価対象面Ａの３次元画像データを生成する画像データ処理装置５と、画像データ処理装置５により生成される３次元画像データに基づいて、評価対象面Ａの形状に応じた評価画像をディスプレイＤに出力する形状認識装置６とを含む。
【００１７】
カメラ２は、ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子を備えるカメラからなる。
【００１８】
ロボット３は、多関節アーム７を備えており、その多関節アーム７の先端部に、カメラ２が保持されている。
【００１９】
図２は、形状評価システム１の電気的構成を示すブロック図である。
【００２０】
撮影制御装置４、画像データ処理装置５および形状認識装置６はいずれも、マイクロコンピュータを含む構成であり、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される複数の機能処理部を実質的に備えている。なお、機能処理部の一部の機能は、論理回路などのハードウェアにより実現されてもよい。
【００２１】
撮影制御装置４は、機能処理部として、カメラ２を制御するカメラ制御部１１と、ロボット３を制御するロボット制御部１２とを備えている。カメラ２およびロボット３が制御されて、カメラ２により、評価対象面Ａの全体が撮影され、その評価対象面Ａの全体の画像データが生成される。
【００２２】
画像データ処理装置５は、機能処理部として、カメラ２から画像データを取得する画像データ取得部２１と、画像データ取得部２１により取得された画像データに基づいて、評価対象面Ａの形状を表す３次元形状データを生成する３次元形状データ生成部２２とを備えている。３次元形状データ生成部２２による処理については、公知（たとえば、特開２００２−２５７５２８号公報、特開２００４−３１７４９５号公報参照）であるから、その説明を省略する。
【００２３】
形状認識装置６は、機能処理部として、データ取得部３１、データ変換部３２、ノイズ除去部３３、除外領域設定部３４、ベース形状データ生成部３５、詳細形状データ生成部３６、曲率生成部３７、設計形状データ取得部３８、歪値生成部３９、測定対象形状生成部４０および評価画像生成部４１を備えている。
【００２４】
図３は、評価対象面Ａを有する物体の一例を示す斜視図であり、３次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を併せて示す。図４は、図３に示される物体をＸ軸方向から見た図である。
【００２５】
なお、以下では、図３および図４に示されるように、評価対象面Ａを有する物体がドアパネルＤＰである場合を例にとる。ドアパネルＤＰには、ドアハンドル（図示せず）が装着される座面ＤＨ１および開口ＤＨ２が形成されている。座面ＤＨ１は、その周囲から略四角形状に凹み、座面ＤＨ１の周縁部は、比較的狭い領域において大きい曲率で形状が変化している。開口ＤＨ２は、座面ＤＨ１に形成されている。
【００２６】
データ取得部３１は、画像データ処理装置５（３次元形状データ生成部２２）により生成された３次元形状データを取得する。
【００２７】
データ変換部３２は、データ取得部３１により取得された３次元形状データを、所定の３次元直交座標系におけるデータであって、評価対象面Ａ上に数ｍｍ未満のピッチで格子状に設定された各仮想点における高さを表すデータ（以下、このデータを「３次元データ」という。）に変換する。所定の３次元直交座標系は、ドアパネルＤＰが車両に取り付けられた状態におけるドアパネルＤＰの前後方向、上下方向および車幅方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に設定した座標系である。図３に示されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、その所定の３次元直交座標系における座標軸である。
【００２８】
画像データ処理装置５により生成される３次元形状データの３次元直交座標系では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向がそれぞれドアパネルＤＰの前後方向、上下方向および車幅方向と必ずしも一致するとは限らない。また、画像データ処理装置５により生成される３次元形状データは、評価対象面Ａ上に所定のピッチで格子状に設定された各仮想点における高さを表すデータであるが、その仮想点のピッチは、形状認識装置６で処理するために適正な値であるとは限らない。
【００２９】
そのため、データ変換部３２は、データ取得部３１により取得された３次元形状データを３次元データに変換する。この変換の際、データ変換部３２は、必要に応じて、ニアレストネイバー法などによる補間処理を行う。
【００３０】
ノイズ除去部３３は、フィルタ処理により、３次元データに含まれるノイズを除去する。フィルタ処理には、たとえば、ローパスフィルタ、移動平均フィルタ、加重平均フィルタなどの平滑化フィルタが用いられる。
【００３１】
除外領域設定部３４は、ノイズが除去された３次元データに基づいて、評価対象面Ａに比較的狭い領域の中で高さが大きく変化している部位が存在するか否かを調べ、そのような部位が存在する場合、当該部位または当該部位を取り囲む領域を除外領域に設定する。たとえば、ドアパネルＤＰの座面ＤＨ１の周縁部では、比較的狭い領域の中で高さが大きく変化するので、座面ＤＨ１の周縁部またはその周縁部を取り囲む領域が除外領域に設定される。
【００３２】
図５および図６は、ベース形状データ生成部３５による処理の内容を説明するための図である。
【００３３】
ベース形状データ生成部３５は、ノイズが除去された３次元データの全体の中から設定幅の３次元データを切り出し、切り出した３次元データの表面形状が反映される２次元データを生成し、この２次元データから取得した曲率群からなるベース形状データを生成する。
【００３４】
具体的には、ベース形状データ生成部３５では、まず、ノイズが除去された３次元データの全体の中から、Ｙ軸方向に設定幅（図５参照）を有する領域の３次元データが切り出される（抽出される）。
【００３５】
そして、図５に示されるように、Ｘ軸方向に第１設定間隔Ｄ１（たとえば、３０ｍｍ程度）の所定範囲が設定されて、当該所定範囲が仮想点群のピッチ（互いに隣り合う仮想点間の間隔）でＸ軸方向にシフトされながら、所定範囲に含まれる仮想点群の３次元データの抽出および抽出された３次元データのＺ座標の値の移動平均の算出が行われる。これにより、Ｘ軸方向における仮想点群のピッチと等しいピッチでＺ座標の値が生成される。このとき、所定範囲に除外領域内の点（除外点）が存在する場合には、その除外点の３次元データが除外（後述する歪値の生成の対象から除外）される。
【００３６】
図３および図４に示されるように、評価対象面Ａが湾曲している場合、切り出された３次元データについて、図６に示されるように、Ｙ座標の値Ｙ１，Ｙ２，・・・，Ｙｎにそれぞれ対応するＺ座標の値は互いに異なる値となる。そこで、ベース形状データ生成部３５では、次に、３次元データに対して、当該３次元データに対応する仮想点をその仮想点における評価対象面Ａの法線とＺ軸方向とがなす角度θ（図４参照）だけ湾曲中心で回転させる回転処理を行う。これにより、３次元データに対応する仮想点がＸＺ平面上に位置し、３次元データの２次元データへの変換が達成され、切り出された３次元データの表面形状が反映された２次元データが得られる。
【００３７】
詳細形状データ生成部３６は、ノイズが除去された３次元データの全体の中から設定幅の３次元データを切り出し、切り出した３次元データの表面形状が反映される２次元データを生成し、この２次元データから取得した曲率群からなる詳細形状データを生成する。
【００３８】
具体的には、詳細形状データ生成部３６では、まず、ノイズが除去された３次元データの全体の中から、Ｙ軸方向に設定幅（図５参照）を有する領域の３次元データが切り出される。
【００３９】
そして、図５に示されるように、Ｘ軸方向に第２設定間隔Ｄ２の所定範囲が設定され、当該所定範囲が仮想点群のピッチ（互いに隣り合う仮想点間の間隔）でＸ軸方向にシフトされながら、所定範囲に含まれる仮想点群の３次元データの抽出および抽出された３次元データのＺ座標の値の移動平均の算出が行われる。これにより、Ｘ軸方向における仮想点群のピッチと等しいピッチでＺ座標の値が生成される。第２設定間隔Ｄ２は、第１設定間隔Ｄ１よりも小さく、たとえば、第１設定間隔Ｄ１の１／１０〜１／２程度である。所定範囲に除外点が存在する場合には、その除外点の３次元データが除外される。
【００４０】
詳細形状データ生成部３６では、次に、３次元データの２次元データへの変換が行われる。この変換の手法については、ベース形状データ生成部３５で行われる変換の手法と同じであるから、その説明を省略する。
【００４１】
図７は、曲率生成部３７による曲率の生成手法を説明するための図である。
【００４２】
曲率生成部３７は、ベース形状データ生成部３５および詳細形状データ生成部３６で生成された２次元データが表す曲線における曲率をそれぞれ生成する。
【００４３】
具体的には、ベース形状データ生成部３５および詳細形状データ生成部３６で生成される２次元データは、評価対象面Ａ上に設定された仮想点のピッチでＸ軸方向にずれた複数の各点におけるＺ座標の値である。曲率生成部３７では、たとえば、Ｘ軸方向に隣り合う３点以上の点群を対象とし、その点群の中央付近を頂点として、当該点群付近を通過する２次曲線が近似曲線Ｆとして設定される。そして、その近似曲線Ｆの頂点における曲率が求められ、その曲率が点群の頂点付近に位置する点における曲率として生成される。
【００４４】
ベース形状データ生成部３５は、２次元データに対して曲率生成部３７により曲率が生成されると、その２次元データに含まれる各Ｚ座標の値を対応する曲率に置換する。これにより、Ｘ軸方向に所定のピッチで並ぶ複数の点における曲率を含む曲率群からなるベース形状データが生成される。
【００４５】
詳細形状データ生成部３６は、２次元データに対して曲率生成部３７により曲率が生成されると、その２次元データに含まれる各Ｚ座標の値を対応する曲率に置換する。これにより、Ｘ軸方向に所定のピッチで並ぶ複数の点における曲率を含む曲率群からなる詳細形状データが生成される。
【００４６】
設計形状データ取得部３８は、たとえば、形状認識装置６のメモリから設計形状データを読み出して取得する。設計形状データは、予め作成されて、形状認識装置６のメモリに記憶されている。設計形状データは、評価対象面Ａを有するドアパネルＤＰの設計データから、評価対象面Ａ上に数ｍｍ未満のピッチで格子状に設定した各仮想点における曲率を求め、各仮想点の位置と当該仮想点における曲率とを対応づけることにより作成される。
【００４７】
図８は、歪値生成部３９が実行する歪値生成処理の流れを示すフローチャートである。図９は、ベース形状データ、詳細形状データおよび設計形状データが表す曲線の一例を示す図である。図１０は、ベース形状データ、詳細形状データおよび設計形状データが表す曲線の他の例を示す図である。
【００４８】
歪値生成部３９は、ベース形状データに含まれる各曲率（以下、「ベース曲率」という。）を取得し、各ベース曲率に対して一定の許容幅を設定する（ステップＳ１）。
【００４９】
その後、歪値生成部３９は、設計形状データ取得部３８により取得された設計形状データから、ベース形状データに対応した領域における設計形状データを抽出する。そして、歪値生成部３９は、ベース形状データに含まれる各ベース曲率に対して、設計形状データから当該ベース曲率に対応する点の曲率（以下、「設計曲率」という。）を取得し、各設計曲率が対応するベース曲率に設定された許容幅の範囲（許容範囲）内に含まれるか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００５０】
設計曲率が許容範囲内に含まれる場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、歪値生成部３９は、詳細形状データからベース曲率に対応する点の曲率（以下、「詳細曲率」という。）を取得し、ベース曲率と詳細曲率との差を演算し、その差を歪値として生成する（ステップＳ３）。
【００５１】
一方、設計曲率が許容範囲内に含まれない場合（ステップＳ２のＮＯ）、歪値生成部３９は、詳細形状データからベース曲率に対応する点の詳細曲率を取得し、詳細曲率と設計曲率との差を演算し、その差を歪値として生成する（ステップＳ４）。
【００５２】
設計曲率が許容範囲内に含まれる場合、図９に示されるように、ベース形状データが表す曲線は、設計形状データが表す曲線と近似しているので、ベース曲率と詳細曲率との差を歪値とすることにより、その歪値から評価対象面Ａにおける歪みを精度よく定量的に評価することができる。
【００５３】
これに対し、設計曲率が許容範囲内に含まれない場合、図１０に示されるように、ベース形状データが表す曲線は、設計形状データが表す曲線から大きくずれる。たとえば、評価対象面Ａに広範囲に及ぶ歪みが生じている場合、ベース形状データが表す曲線は、設計形状データが表す曲線から大きくずれる部分Ｎを有する。この場合に、当該部分Ｎにおけるベース曲率と詳細曲率との差を歪値とすると、その歪値は、評価対象面Ａにおける歪みを反映しないものとなる。そこで、ベース形状データが表す曲線における設計形状データが表す曲線から大きくずれる部分Ｎについては、詳細曲率と設計曲率との差が歪値とされる。これにより、評価対象面Ａの広範囲に及ぶ歪みが歪値に反映されるので、その歪値に基づいて、評価対象面Ａにおける歪みをより精度よく定量的に評価することができる。
【００５４】
図２に示される測定対象形状生成部４０は、３次元データに基づいて、評価対象面Ａの外縁を示すアウトラインを示す形状イメージデータを生成する。
【００５５】
評価画像生成部４１は、測定対象形状生成部４０から形状イメージデータを取得し、この形状イメージデータの内部領域を同じ歪値を含むエリアで区分けし、各エリアに対して歪値に対応した色相および濃度を設定して、形状イメージデータの内部領域をエリアごとに設定した色相および濃度で着色して得られるイメージをディスプレイＤに表示させる。
【００５６】
このイメージがディスプレイＤに表示されることにより、評価作業者は、歪みが存在する領域と歪みの方向と歪みの程度を視覚的に把握することができる。
【００５７】
なお、前述の実施形態では、評価対象面Ａを有する物体がドアパネルＤＰである場合を例にとったが、評価対象面Ａを有する物体は、ドアパネルＤＰに限らないのはもちろんである。
【００５８】
また、本発明は、他の形態で実施することもでき、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
６    形状認識装置
３５  ベース形状データ生成部（ベース形状データ生成手段）
３６  詳細形状データ生成部（詳細形状データ生成手段）
３８  設計形状データ取得部（設計形状データ取得手段）
３９  歪値生成部（歪値生成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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