(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面形状を有する被測定物の板厚を測定する方法であって、基準点からの被測定物の表面及び裏面の面データである点データ群を測定する工程と、測定した表面及び裏面の点データ群で、板厚の中心点の集合で構成される板厚のない設計上のデータであるモデルデータをデータ処理装置の表示部の画面上で挟んで重ね合わせて整合させる工程と、モデルデータにより形成される面に垂直で、モデルデータを構成する点データを通る法線を生成する工程と、この法線と測定した表面及び裏面の点データ群との交点を求め、この交点を板厚算出のための表面及び裏面の点データとするか、法線と交差する点データが存在しない場合には、実測して得た表面及び裏面の点データ群の中で、法線との距離が一番短い点データを板厚算出のための表面及び裏面の点データとする工程と、この表面の点データと裏面の点データとの距離から板厚を算出する工程と、からなることを特徴とする板厚測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の板厚測定方法において、前記法線と測定した表面及び裏面の面データとの交点の値が、この交点を含めた近傍の面データを構成する点データ群の平均値であることを特徴とする板厚測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の板厚測定方法において、前記モデルデータが、被測定物のモデルを格子化した場合の各格子の中心又は重心の点データの集合であることを特徴とする板厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のバンパーなどの複雑な面形状を有するワークの板厚を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のバンパーやプレス成形部品などの複雑な面形状を有するワークが、設計通りに成形されているか否か評価する方法として、検査治具を用いてワークの面形状と検査治具とのずれ量を測る方法や、３次元測定機を用いてワークの面データと設計データであるモデルデータを比較してモデルデータとの差分値を算出する方法がある。これらの方法により、設計値に対するワークの形状誤差を把握することができる。
【０００３】
しかしながら、実際の測定ではワークの形状の他に、板厚の測定も要求されるが、上述の方法では、ワークの板厚を把握することはできない。ワークの板厚を測定する手段として、レーザ光を用いる方法があるが、この方法ではワークへのレーザ光の照射をワークの測定面に対して垂直にしなければならないなど、測定に際しての管理項目が多いという問題がある。
【０００４】
そこで、光学式距離計と光学式幅計との組み合わせにより、板面と板厚測定軸とが垂直でない場合でも、被測定物の測定時の傾きを影の幅で把握し、傾きの大きさに応じて板厚の測定値を補正して、高精度で板厚の測定ができる板厚測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、レーザ距離計の上流と下流にレーザ距離計を設置し、３台のレーザ距離計から２台を選択して被測定物（鋼板）の傾斜角度を演算し、この傾斜角度を用いて補正演算し、たとえ被測定物である鋼板が傾斜している場合でも、正確な板厚を測定することができる板厚測定方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２６４２３１号公報
【特許文献２】特開平７−２８０５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された板厚測定方法では、被測定物の傾きを把握するために、傾斜した被測定物に平面の部分がなければならないという要件が必要となる。また、特許文献２に開示された板厚測定方法でも、被測定物の傾斜角度を用いて補正演算すると、その補正演算範囲は平面として扱われる。このように、特許文献１及び２に開示された板厚測定方法では、演算範囲が平面でなければならないとう条件が課せられる。
【０００８】
しかしながら、実際の被測定物は、特に自動車のバンパーに代表されるように、形状の殆どが曲面であるものが多く、その一部の形状にすら平面でない場合が多い。従って、曲面形状の被測定物を、特許文献１及び２に開示された板厚測定方法で測定すると、演算範囲に曲面が含まれることになり、これが新たな測定誤差の原因となってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、曲面形状を有する被測定物であっても、精度よく板厚を測定することができる板厚測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、曲面形状を有する被測定物の板厚を測定する方法であって、基準点からの被測定物の表面及び裏面の面データである点データ群を測定する工程と、測定した表面及び裏面の点データ群で、板厚の中心点の集合で構成される板厚のない設計上のデータであるモデルデータをデータ処理装置の表示部の画面上で挟んで重ね合わせて整合させる工程と、モデルデータにより形成される面に垂直で、モデルデータを構成する点データを通る法線を生成する工程と、この法線と測定した表面及び裏面の点データ群との交点を求め、この交点を板厚算出のための表面及び裏面の点データとするか、法線と交差する点データが存在しない場合には、実測して得た表面及び裏面の点データ群の中で、法線との距離が一番短い点データを板厚算出のための表面及び裏面の点データとする工程と、この表面の点データと裏面の点データとの距離から板厚を算出する工程と、からなるものである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の板厚測定方法において、前記法線と測定した表面及び裏面の面データとの交点の値が、この交点を含めた近傍の面データを構成する点データ群の平均値である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の板厚測定方法において、前記モデルデータが、被測定物のモデルを格子化した場合の各格子の中心又は重心の点データの集合である。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように請求項１に係る発明によれば、モデルデータに生成した法線と交差する表面及び裏面の点データから被測定物の板厚を算出するため、曲面形状を有する被測定物でも、精度よく板厚を測定することできる。
また、モデルデータに法線を生成し、実測した表面及び裏面の面データである点データ群の中から、法線と交差する点データを求め、それらの点データを板厚算出のための表面及び裏面の点データとするので、板厚を算出する表面の点データと裏面の点データの対応関係を考慮する必要がなく、作業時間の短縮が図れる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、板厚を算出するための表面及び裏面の点データとして、モデルデータに生成した法線と交差する表面及び裏面の１点のデータだけではなく、これと周囲の点データ群との平均値を用いて板厚を算出するので、板厚算出に用いる表面及び裏面の点データの測定誤差が小さくなるため、最終的な板厚の測定精度の向上に寄与する。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、モデルデータを格子化することにより、データ容量を従来の形状データに比べて小さくすることができ、測定した表面及び裏面の点データ群との整合から板厚算出までの作業時間が短縮できるため、作業の効率向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る板厚測定方法を実施する装置の概要説明図、図２は自動車のバンパーの斜視図、図３はモデルデータの格子化の説明図、図４は測定作業の手順を示すフローチャート、図５はデータ処理の説明図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明に係る板厚測定方法を実施する装置は、定盤１と、定盤１に設置されたバンパー受け治具２と、定盤１に固定された３次元測定機３と、データ処理装置４からなる。
【００１８】
バンパー受け治具２は、図２に示すように、異なる曲面を繋ぎ合わせた複合曲面を形成する自動車のバンパーＷを安定に支持するもので、測定の妨げにならないようにバンパーＷの複数の部位を点支持する。
【００１９】
３次元測定機３は、多関節で構成され、作業者が把持して操作する先端にはレーザ光を利用した非接触式測定子５が取り付けられてある。作業者は非接触式測定子５を把持してバンパーＷの測定したい部位にレーザ光を所定の距離から照射しながら走査すれば、走査した箇所の３次元の点データが所定の間隔（例えば、時間やレーザ光のスポットの移動距離など）で連続的に記憶部に取り込まれる。
【００２０】
データ処理装置４は、入出力部と記憶部と演算処理部と表示部などを備え、設計上のデータであるモデルデータを格納したり、３次元測定機３により測定したバンパーＷの表面及び裏面の面データ（点データ群）を取り込んでモデルデータに重ね合わせて整合させたり、モデルデータにより形成される面に法線ベクトルを生成したり、法線ベクトルと測定した表面及び裏面の面データとの交点を求め、表面の交点と裏面の交点の距離から板厚を算出したりするなどの演算処理を行う。
【００２１】
バンパーＷのモデルデータは、バンパーＷの板厚の中心点の点データの集合で構成され、点データが多いほどモデルデータとしては好ましいが、モデルデータは、図３に示すように、被測定物のモデルを格子化した場合の各格子の中心又は重心の点データel１，el２，…elｎの集合であってもよい。
【００２２】
格子の大きさは、バンパーＷの部位によって変えることができる。例えば、図２に示すツノ部１ａでは面形状が複雑なので格子を細かくし（格子を密）、左右端部１ｂでは面形状の変化が殆どないので格子を粗く（格子を疎）することができる。なお、図３ではモデルデータとして、格子の重心の点データを採用している。点データel１，el２，…elｎには、位置を表わす３次元データｘ１…ｎ，ｙ１…ｎ，ｚ１…ｎと板厚ｔ１…ｎが含まれている。
【００２３】
このように、モデルデータを構成する点データel１，el２，…elｎの配列を所定の大きさで格子化することにより、データ容量の大きい従来の形状データからなるモデルデータに比べてデータ容量を小さくすることができる。データ容量を小さくすることにより、モデルデータと測定した表面及び裏面の点データ群との整合作業から板厚算出作業までの作業時間が短縮できる。
【００２４】
次に、本発明に係る板厚測定方法を、図４の測定作業の手順を示すローチャートに従って説明する。
先ず、ステップＳＰ１において、レーザ光の乱反射防止用の塗料を塗布したバンパーＷをバンパー受け治具２にセットするなどの測定準備作業を行う。なお、バンパーＷの塗膜の厚さは、バンパーＷの厚さに比べて、遥かに小さいため塗膜が測定誤差の原因になることはない。
【００２５】
次いで、ステップＳＰ２において、３次元測定機３の非接触式測定子５が放射するレーザ光を、所定の距離から照射しながら板厚を測定したいバンパーＷの表面を走査する。すると、レーザ光で走査されたバンパーＷの表面の３次元データが所定の間隔で連続的に記憶部に取り込まれる。同様の作業を、板厚を測定したいバンパーＷの表面の全体について行うことにより、バンパーＷの表面の点データ群が得られる。
【００２６】
ステップＳＰ３において、バンパーＷの表面と同様な作業を、板厚を測定したいバンパーＷの裏面についても行う。すると、レーザ光で走査されたバンパーＷの裏面の３次元データが所定の間隔で連続的に記憶部に取り込まれる。板厚を測定したいバンパーＷの裏面の全体について行うことにより、バンパーＷの裏面の点データ群が得られる。なお、表面と裏面の測定の順番は、どちらを先にしてもかまわない。
【００２７】
なお、バンパーＷの表面及び裏面の面データは、接触式の測定機でバンパーＷの表面及び裏面の主要な複数の点データを測定し、これらの点データから特定の連続性の条件を満たすように連続した曲面分の集まりとして定義付けされるスプライン曲面としてもよい。
【００２８】
次いで、ステップＳＰ４において、実測して得たバンパーＷの表面及び裏面の点データ群を、データ処理装置４の表示部の画面上に表されたモデルデータと重ね合わせて整合させる。モデルデータはバンパーＷの板厚の中心点の集合で構成される板厚のない形状データであるから、実測して得たバンパーＷの表面及び裏面の点データ群と、モデルデータとを整合させると、表面の点データ群と裏面の点データ群との間にモデルデータが挟まれることになる。
【００２９】
次いで、ステップＳＰ５において、図５に示すように、板厚を測定したいバンパーＷの表面又は裏面の部位に対応するモデルデータにより形成される面に垂直で、モデルデータを構成する点データel１，el２，…elｎを通る法線ベクトルＨを生成する。なお、図５ではモデルデータのうち点データelｎを通る法線ベクトルＨを示す。
【００３０】
ステップＳＰ６において、法線ベクトルＨと交差する表面の点データＡ及び法線ベクトルＨと交差する裏面の点データＢを求める。なお、法線ベクトルＨと交差する点データが存在しない場合には、実測して得たバンパーＷの表面及び裏面の点データ群の中で、法線ベクトルＨとの距離が一番短い点データが選択される。
【００３１】
次いで、ステップＳＰ７において、法線ベクトルＨと交差する表面の点データＡと法線ベクトルと交差する裏面の点データＢの距離を算出することにより、測定したい部位のバンパーＷの板厚を求めることができる。
【００３２】
ここで、図５に示すように、バンパーＷの板厚を算出するのに用いる点データを点データＡ，Ｂだけでなく、この点データＡ，Ｂを含めた点データＡ，Ｂの周辺の点データ群を平均することで、点データＡ，Ｂの測定誤差による板厚精度への影響を低減することができる。
【００３３】
これにより、レーザ光の乱反射防止用塗料の塗布量にばらつきに伴う乱反射防止効果のばらつきによる測定値のばらつきや、非接触式測定子４のレーザ光の当て方による測定値のばらつきが原因となる板厚精度の低下を少なくすることができる。
【００３４】
また、平均化の対象となる点データ群は、図５に示すように、モデルデータに生成した法線ベクトルＨを中心軸とした円筒Ｃを想定し、実測して得たバンパーＷの表面及び裏面の点データ群のうち円筒Ｃ内に存在する点データ群とすることができる。
【００３５】
これにより、点データＡ，Ｂで局部的に測定誤差が大であっても、点データＡ，Ｂ周辺の点データ群で測定誤差が少なければ、平均化することによって全体的な測定精度が向上することになる。但し、平均化する点データ群の中で、明らかに周囲の点データと比べて差が大きいもの（○の中に×で示す）はノイズとして予め除去するのがよい。
【００３６】
また、円筒Ｃの半径は、約２ｍｍ程度が望ましい。円筒Ｃの半径を大きくして平均化する範囲をあまり広くしすぎると、部位によってはバンパーＷの曲面の高低差が顕著になる場合があるため、平均値自体が大きくずれる虞があるからである。
【００３７】
更に、点データ群の平均値を算出するに際して、測定された各点データが平均値を中心にどのくらい散らばっているかを示す標準偏差σを用いるとよい。例えば、平均値±１σ内のデータ（●で示す）を平均化の対象データとすることができる。バンパーＷの表面には、微細な凹凸があることもあり、平均値以外にも微細な凹凸による点データの散らばり具合を考慮するのが望ましいからである。標準偏差σを用いることで、単純平均では分からない点データの散らばり具合を知ることができるので、バンパーＷの板厚を算出するのに用いる点データの精度が更に向上する。
【００３８】
このように、本発明に係る板厚測定方法では、３次元測定機３が測定したバンパーＷの表面の点データとバンパーＷの裏面の点データから直接板厚を算出するのではなく、板厚を測定したいバンパーＷの表面又は裏面の部位に対応するモデルデータにより形成される面に法線ベクトルＨを生成し、この法線ベクトルＨと交差する表面及び裏面の実測した点データＡ，Ｂから板厚を算出するので、バンパーＷが曲面や傾斜面を有していても、それらによる測定誤差を生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、モデルデータに生成した法線と交差する表面及び裏面の点データから被測定物の板厚を算出するため、曲面形状を有する被測定物でも、精度よく板厚を測定することできる。また、モデルデータに法線を生成し、実測した表面及び裏面の面データである点データ群の中から、法線と交差する点データを求め、それらの点データを板厚算出のための表面及び裏面の点データとするので、板厚を算出する表面の点データと裏面の点データの対応関係を考慮する必要がなく、形状が複雑な被測定物の板厚測定の効率化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る板厚測定方法を実施する装置の概要説明図
【図２】自動車のバンパーの斜視図
【図３】モデルデータの格子化の説明図
【図４】測定作業の手順を示すフローチャート
【図５】データ処理の説明図
【符号の説明】
【００４１】
１…定盤、２…バンパー受け治具、３…３次元測定機、４…データ処理装置、５…非接触式測定子、Ｈ…法線ベクトル、Ｗ…バンパー。
【図１】
0004667752.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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