(57)【要約】【課題】対象物の形状について取得した点群データを対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較について、点群データからのノイズ除去をより容易に行えるようにする。【解決手段】対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較方法について、点群データからポリゴン化処理部１７にてポリゴンデータを作成し、このポリゴンデータについてポリゴンノイズ除去処理部１８にてノイズ除去をなすようにしている。【選択図】図２
2005208868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較方法において、
前記点群データからポリゴンデータを作成し、このポリゴンデータについてノイズの除去をなす過程を含んでいることを特徴とする点群データ比較方法。
【請求項２】
対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較方法において、
前記点群データと前記設計形状データを任意の箇所の寸法について比較するのに際し、前記設計形状データ上または前記点群データ上で寸法比較箇所を指定できるようにされていることを特徴とする点群データ比較方法。
【請求項３】
対象物の形状について取得された点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較装置において、
前記点群データをポリゴンデータに変換するためのポリゴン化処理部、および前記ポリゴン化処理部での処理で得られたポリゴンデータについてノイズ除去処理を行うポリゴンノイズ除去処理部を備えていることを特徴とする点群データ比較装置。
【請求項４】
対象物の形状について取得された点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較装置において、
前記点群データと前記設計形状データを任意の箇所の寸法について比較する比較処理部を備えており、この比較処理部は、前記設計形状データ上または前記点群データ上で寸法比較箇所を指定できるようにされていることを特徴とする点群データ比較装置。
【請求項５】
対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較で用いる前記点群データを取得するための点群データ取得装置において、
前記対象物の表面形状を多数の点の集まりとして計測するセンサを備えるとともに、Ｘ軸方向移動機構、Ｙ軸方向移動機構、Ｚ軸方向移動機構、θ軸回転機構、およびφ軸回転機構を備え、前記センサは、前記Ｘ軸方向移動機構、前記Ｙ軸方向移動機構、および前記Ｚ軸方向移動機構により、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３方向で任意に移動できるようにされるとともに、前記θ軸回転機構により測定軸を垂直方向で任意に回転できるようにされ、前記対象物は、前記φ軸回転機構により水平方向で任意に回転できるようにされ、前記Ｘ軸方向移動機構、前記Ｙ軸方向移動機構、前記Ｚ軸方向移動機構、前記θ軸回転機構、および前記φ軸回転機構の各機構には、それぞれの動作量を検出する動作量検出手段が設けられていることを特徴とする点群データ取得装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４の何れかに記載の点群データ比較装置と請求項５に記載の点群データ取得装置を組み合わせてなる点群データ比較システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＡＤなどのコンピュータ支援設計システムでなした設計形状に基づいて作製された工業製品などの対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを設計形状データと照合して比較する点群データ比較に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鋳造製品ではひけなどによる変形で鋳型に対して形状が異なってしまう場合がある。このような場合に、実際に出来上がった鋳造製品から点群データ（三次元点群データ）を取得し、この点群データを鋳型の設計形状データ（例えば三次元ＣＡＤデータ）と照合して比較することで、実製品の設計値に対する誤差を計測することがなされる。
【０００３】
このような点群データ比較においては、まず対象物（鋳造製品など）の形状（三次元形状）について点群データを取得する。この点群データの取得は、点群データ取得装置を用いてなされ、あるいは対象物を撮像した画像から点群データを求めることでなされる。それから取得した点群データについてノイズ除去を行った後に点群データの合成を行う。この点群データの合成は、点群データが対象物の形状における各面ないしその各面を一定の広さで分割した面の単位で取得される場合になされるもので、その点群データにおける単位面を合成する処理である。それから点群データと設計形状データの位置合せを行った後に、点群データを設計形状データと照合・比較する。この照合・比較では、表示装置の画面上で重ねて表示した点群データと設計形状データを視覚的に対比する処理と、点群データから必要箇所の寸法値を求めてそれを設計値と比較する処理をなすのが通常である。
【０００４】
このような点群データ比較における点群データと設計形状データの位置合せについては、特許文献１に見られるように、物体の特徴量の１つである慣性主軸を用い、点群データにおける慣性主軸とＣＡＤデータにおける慣性主軸とを重ねることで点群データとＣＡＤデータの位置合せを行う手法が知られている。また特許文献２に開示の手法も知られている。この特許文献２には、基準となるＣＡＤデータの位置合せ面と非接触計測点データの位置合せ面に対応する対象点群とを対応づける対象面指定手段、対象点群から任意に抽出された点よりなる抽出対象点群の情報と位置合せ面上の任意の１点である面上点の情報とより、概略の位置合せを行う概略位置合せ手段、対象点群を概略位置合せ手段で概略位置合せした位置合せ点群の情報と位置合せ面の情報とにより、位置合せを行う詳細位置合せ手段を備えてなる非接触計測点データ位置合せ装置が開示されている。点群データ比較については、これらの他にも例えば特許文献３〜５などに開示の例が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０４５３２号公報
【特許文献２】特開２００１−８２９５１号公報
【特許文献３】特開２００１−２４３５００号公報
【特許文献４】特開２００２−７４８５号公報
【特許文献５】特開２００３−１２３０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように点群データ比較では、対象物について取得した点群データからのノイズ除去、面単位の点群データの合成、点群データと設計形状データとの位置合せ、点群データと設計形状データの比較という一連の処理が必要である。そしてこれらの各処理は何れも操作者に大きな負担を強いる作業である。このためこれらの各処理における負担を軽減できるようにすることが求められている。
【０００７】
点群データと設計形状データとの位置合せについては上記のように特許文献１や特許文献２で知られる例のように既に多くの提案がなされており、それなりに改善が進んでいる。しかしノイズ除去や点群データの合成、それに点群データと設計形状データの比較は未だ操作者に大きな負担を強いる処理となっている。
【０００８】
したがって本発明の目的は、点群データからのノイズ除去をより容易に行うことを可能とする点群データ比較方法およびその装置を提供することにあり、また、点群データと設計形状データの比較をより容易に行うことを可能とする点群データ比較方法およびその装置を提供することにあり、またより容易に合成をなせるような点群データの取得を可能とする点群データ取得装置を提供することにあり、さらにこれらの装置を組み合わせてなる点群データ比較システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的のために本発明では、対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較方法において、前記点群データからポリゴンデータを作成し、このポリゴンデータについてノイズの除去をなす過程を含んでいることを特徴としている。
【００１０】
また本発明では上記目的のために、対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較方法において、前記点群データと前記設計形状データを任意の箇所の寸法について比較するのに際し、前記設計形状データ上または前記点群データ上で寸法比較箇所を指定できるようにされていることを特徴としている。
【００１１】
また本発明では上記目的のために、対象物の形状について取得された点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較装置において、前記点群データをポリゴンデータに変換するためのポリゴン化処理部、および前記ポリゴン化処理部での処理で得られたポリゴンデータについてノイズ除去処理を行うポリゴンノイズ除去処理部を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また本発明では上記目的のために、対象物の形状について取得された点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較装置において、前記点群データと前記設計形状データを任意の箇所の寸法について比較する比較処理部を備えており、この比較処理部は、前記設計形状データ上または前記点群データ上で寸法比較箇所を指定できるようにされていることを特徴としている。
【００１３】
また本発明では上記目的のために、対象物の形状について点群データを取得し、この点群データを前記対象物のもとになった設計形状データと照合して比較する点群データ比較で用いる前記点群データを取得するための点群データ取得装置において、前記対象物の表面形状を多数の点の集まりとして計測するセンサを備えるとともに、Ｘ軸方向移動機構、Ｙ軸方向移動機構、Ｚ軸方向移動機構、θ軸回転機構、およびφ軸回転機構を備え、前記センサは、前記Ｘ軸方向移動機構、前記Ｙ軸方向移動機構、および前記Ｚ軸方向移動機構により、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３方向で任意に移動できるようにされるとともに、前記θ軸回転機構により測定軸を垂直方向で任意に回転できるようにされ、前記対象物は、前記φ軸回転機構により水平方向で任意に回転できるようにされ、前記Ｘ軸方向移動機構、前記Ｙ軸方向移動機構、前記Ｚ軸方向移動機構、前記θ軸回転機構、および前記φ軸回転機構の各機構には、それぞれの動作量を検出する動作量検出手段が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
また本発明では上記目的のために、前記のような点群データ比較装置と点群データ取得装置を組み合わせて点群データ比較システムを構成するものとしている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の点群データ比較方法ないし装置では、点群データからポリゴンデータを作成し、このポリゴンデータについてノイズの除去をなすようにしている。このため本発明によれば、自動的なノイズ除去のための基準を設定し易くなる、また高精度な点群データを得るに必要となる手動のノイズ除去において、ポリゴンデータであることにより、操作者がノイズをより容易に判定できるようになる、またノイズ除去結果の操作者による確認がなし易くなるなどのことにより、ノイズ除去作業をより容易に行うことができるようになる。
【００１６】
また本発明の点群データ比較方法ないし装置では、点群データと設計形状データを任意の箇所の寸法について比較するのに、設計形状データ上または点群データ上で寸法比較箇所を指定できるようにしている。このため本発明によれば、寸法比較をより適切に行えるようになり、点群データと設計形状データの比較をより容易に行うことが可能となる。
【００１７】
また本発明の点群データ取得装置では、対象物の表面形状を計測するためのセンサをＸ、Ｙ、Ｚの３方向について各移動機構により移動できるようにするとともに、センサの測定軸を回転機構により垂直方向で任意に回転できるようにし、さらに対象物を回転機構により水平方向で任意に回転できるようにし、そして各機構の動作量を動作量検出手段で検出するようにしている。このため本発明によれば、各機構の動作量情報を用いることで、点群データ（ないしポリゴンデータ）の合成を自動化することが可能となり、手動操作で合成を行っていた従来の手法に比べて、大幅に作業性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に一実施形態による点群データ取得装置の構成を示す。この点群データ取得装置１は、Ｘ軸方向移動機構２、Ｙ軸方向移動機構３、Ｚ軸方向移動機構４、θ軸回転機構５、φ軸回転機構６、ドライバ７、センサ８、および制御装置９を備えている。
【００１９】
センサ８は、点群データの取得対象である対象物Ｍの表面形状を多数の点の集まりとして計測する手段であり、例えばレーザ計測方式やモアレ干渉方式などが用いられる。このセンサ８は、Ｘ軸方向移動機構２、Ｙ軸方向移動機構３、およびＺ軸方向移動機構４の組み合わせにより、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３方向で任意に移動できるようにされ、またθ軸回転機構５により測定軸（視線）を垂直方向で任意に回転できるようにされている。一方、対象物（被測定物）Ｍは、例えばターンテーブル構造で形成されるφ軸回転機構６により水平方向で任意に回転できるように支持されている。したがってセンサ８は、対象物Ｍを任意の位置から任意の測定軸角度で、つまり任意の「アングル」で計測できることになる。
【００２０】
Ｘ軸方向移動機構２、Ｙ軸方向移動機構３、Ｚ軸方向移動機構４、θ軸回転機構５、およびφ軸回転機構６の各機構は、ドライバ７を介して制御装置９によりそれぞれ動作を制御される。制御装置９は、対象物Ｍの三次元形状を照合・比較する三次元設計形状データ（例えば三次元ＣＡＤデータ）に対応した「アングル」で対象物Ｍの点群データを取得できるように各機構の動作を制御する。このような制御装置９の機能は、後述する点群データ取得装置に負わせるのが通常であり、本発明ではそのようにすることで点群データ比較システムを形成するようにしている。
【００２１】
またＸ軸方向移動機構２、Ｙ軸方向移動機構３、Ｚ軸方向移動機構４、θ軸回転機構５、およびφ軸回転機構６の各機構には、それぞれの動作量を検出する手段としてエンコーダ２ｅ、３ｅ、４ｅ、５ｅ、６ｅが設けられている。そしてこれらのエンコーダ２ｅ、３ｅ、４ｅ、５ｅ、６ｅからの各機構の動作量情報は、ドライバ７を介して制御装置９に記憶される。
【００２２】
制御装置９に記憶させた各機構の動作量情報は、対象物Ｍの点群データに必要な座標値を得るのに用いられる。すなわち対象物Ｍの点群データは、対象物Ｍに対して適宜に設定された点群データ座標と関係付けた多数の点として対象物Ｍの表面を計測して得られるデータであり、点群データ座標に関する座標値を必要とするので、その座標値を得るのに各機構の動作量情報を用いる。また各機構の動作量情報は、後述するように、ポリゴンデータの合成に際しても用いられる。
【００２３】
図２は、一実施形態による点群データ比較装置の構成を示す。この点群データ比較装置１０は、表示装置１１、入力装置１２、演算処理装置１３、補助記憶装置１４および主記憶装置１５を備えている。その演算処理装置１３は、入力装置２から入力される処理条件の受け入れや補助記憶装置１４に格納してある点群データなどの読込みを行う点群データ・処理条件入力部１６、点群データからポリゴンデータを作成するポリゴン化処理部１７、ポリゴン化したデータからノイズを除去するポリゴンノイズ除去処理部１８、複数のポリゴンデータを一つのポリゴンデータに合成するポリゴン合成処理部１９、ポリゴンデータを再び点群データ化する再点群化処理部２０、設計形状データと点群データを照合・比較する比較処理部２１、および表示装置１１に比較照合結果を出力する比較照合結果出力指示部２２を備えている。ここで、補助記憶装置１４に格納されているデータは、上述の点群データ取得装置１で得られたデータの場合もあれば、その他の方法で得られたデータの場合もあるが、本発明のように点群データ取得装置１に点群データ比較装置１０を組み合わせて点群データ比較システムを構成する場合には、点群データ取得装置１で得られたデータとなる。
【００２４】
以上のように構成された点群データ比較装置１０でなされる照合・比較処理の流れを図３に示す。照合・比較処理では、まず点群データ・処理条件入力部１６が補助記憶装置１４からデータを読み込んで主記憶装置１５へ格納する（処理Ｓ１）。補助記憶装置１４から読込むデータは、図４に例示する対象物Ｍを図１の点群データ取得装置１で計測して得られた点群データとその点群データの取得時における各機構の動作量データである。
【００２５】
図４の対象物Ｍについての点群データの例を図５に示す。対象物Ｍを点群データ取得装置１で計測して得られた点群データには、図５に見られるように、計測の際に生じたノイズＮが混入している。図６にはこの点群データを横から見た状態を示してある。
【００２６】
次に、各種の処理条件を入力装置２から入力する（処理Ｓ２）。入力する処理条件は、点群データをポリゴンデータに変換するためのポリゴン化処理条件、ポリゴン化処理で得られたポリゴンデータについての上述のノイズを除去するためのノイズ除去処理条件、ノイズ除去後のポリゴンデータについてなす合成処理のための合成処理条件、合成後のポリゴンデータを再び点群データにするための再点群化処理条件、設計形状データと点群データを比較照合する際の比較照合処理条件、および比較照合した結果を表示する際の表示処理条件などである。
【００２７】
次に、点群データからポリゴンデータを作成するポリゴン化処理をポリゴン化処理部７で行う（処理Ｓ３）。ポリゴン化処理は、処理Ｓ２で入力されたポリゴン化処理条件に基づいてなされ、例えば四角形のポリゴンを用いる場合であれば、点群データにおける各点を隣接する４点同士で順次つないでポリゴン化することでなす。図５の点群データをポリゴン化処理して得られるポリゴンデータの例を図７に示す。
【００２８】
ポリゴンデータが得られたらそのポリゴンデータについてポリゴンノイズ除去部８によりノイズ除去処理を行う（処理Ｓ４）。ノイズ除去については、ポリゴンノイズ除去部８による自動的な処理と操作者がポリゴンノイズ除去部８に除去対象のノイズを指示してなす手動的な処理を行えるようにする。自動的なノイズ除去処理は、処理Ｓ２で入力されたノイズ除去処理条件に基づいてなされる。そのノイズ除去処理条件は、例えばポリゴンを構成する点同士の距離について基準値Ｓを設定し、構成点同士の距離が基準値Ｓよりも大きくなるポリゴンを削除する、あるいはポリゴンデータについて仮想の面を設定し、この仮想面からの距離が基準値Ｓ´を超えるポリゴンを削除する、というように設定される。一方、手動的なノイズ除去処理は、表示装置１１に表示されたポリゴンデータを操作者が見ながら除去対象のノイズを指示し、これに応じてポリゴンノイズ除去部８がそれを削除することでなされる。このようなノイズ除去処理は各ノイズ個所について順次繰り返される（処理Ｓ４´）。ノイズ除去処理を経たポリゴンデータの例を図８に示す。
【００２９】
以上のように点群データをポリゴンデータに変換し、そのポリゴンデータについてノイズ除去を行うようにしたことにより、ノイズ除去作業をより容易に行うことができるようになる。すなわち第１に、ポリゴン化することで自動的なノイズ除去のための基準を設定し易くなる。第２に、自動的なノイズ除去には限界があり、より高い精度の点群データを得るには手動によるノイズ除去を必要とするが、この手動ノイズ除去において、ポリゴンデータであることによりノイズが視認し易い図形的に現れるようになり、操作者がノイズをより容易に判定できるようになる。そして第３に、ノイズ除去の結果を操作者が確認するのに際してもその確認を行い易くなる。
【００３０】
ノイズ除去を終えたらポリゴン合成処理部９によりポリゴンデータの合成を行う（処理Ｓ５）。ポリゴンデータの合成は、処理Ｓ２で入力された合成処理条件にしたがってなされる。この処理は、点群データが面単位で取得されていることから必要となるものである。すなわち図４における対象物Ｍについての点群データの取得が対象物Ｍの形状における各面Ｆ１〜Ｆ７ないしその各面を一定の広さで分割した面の単位でなされることから、設計形状データとの照合・比較のためにはこの各面単位の点群データを合成して設計形状データに対応する状態にする必要があり、そのために合成処理が必要となる。この合成を本発明のように、ポリゴンデータについて行うようにすることで、合成状態を操作者が視認し易いなどのことから、その処理効率を高めることができる。またこの合成は、本発明による点群データ取得装置１で得られる上述のような各機構の動作量情報を用いることで、自動化することがでる。すなわち各機構の動作量情報により、センサ８の対象物Ｍに対する視線（測定軸）を確定することができる。そしてこの視線情報から面単位の各ポリゴンデータの関係性を導くことができ、これにより自動的にポリゴンデータの合成を行うことができる。このように自動的な合成を可能とすることにより、手動操作で合成を行っていた従来の手法に比べて、大幅に作業性を高めることができる。
【００３１】
合成を終えたらポリゴンデータを再び点群データにする再点群化処理を再点群化処理部９により行う（処理Ｓ６）。再点群化処理により得られる点群データの例を図９に示す。次に、再点群化処理で得られた点群データと設計形状データ（三次元ＣＡＤデータなど）を表示装置１１に表示して両者の位置合せを行う（処理Ｓ７）。点群データと設計形状データを位置合せした状態を図１０に示す。このように位置合せがなされた状態で操作者が両データを視覚的に照合して比較し、設計形状データに対する点群データの誤差の有無を判定する。
【００３２】
次に、比較処理部１０による点群データと設計形状データの比較照合がなされる（処理Ｓ８）。この比較照合は、点群データにおける各面の辺などについて寸法を設計形状データにおける対応部分と比較する寸法比較処理としてなされるのが通常であり、本実施形態では寸法比較処理によっている。そしてこの寸法比較処理について、比較すべき箇所を点群データ上または設計形状データ上の何れかで指定することのできる機能を比較処理部１０に与えている。したがって操作者は、上記のようにして表示装置１１で視覚的に照合して比較した結果に基づいて、点群データ上または設計形状データ上で必要な寸法比較箇所を適切に指定することができることになる。このようにしてなされた比較処理の結果は、比較一覧表のような形態の寸法比較照合データとして作成され、これが処理Ｓ９で出力される。そして最後に、その出力結果が表示装置１１に表示される（処理Ｓ１０）。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、点群データ比較について、点群データからのノイズ除去をより容易に行うことを可能とし、また点群データと設計形状データの比較をより容易に行うことを可能とし、また点群データないしポリゴンデータの合成をより容易に行うことを可能とする。したがって本発明は、設計形状に基づいて製作された製品を設計形状と照合比較する必要のある産業分野に有用なものとして広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態による点群データ取得装置の構成を示す図である。
【図２】一実施形態による点群データ比較装置の構成を示す図である。
【図３】点群データ比較装置における処理の流れを示す図である。
【図４】対象物の例を示す図である。
【図５】図４の対象物について得られる点群データの例を示す図である。
【図６】図５の点群データを横方向から見た状態を示す図である。
【図７】図５の点群データをポリゴン化して得られるポリゴンデータの例を示す図である。
【図８】ノイズ除去後のポリゴンデータの例を示す図である。
【図９】ポリゴンデータから再点群化した点群データの例を示す図である。
【図１０】点群データを設計形状データと位置合せした状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    点群データ取得装置
２    Ｘ軸方向移動機構
２ｅ〜６ｅ    エンコーダ（動作量検出手段）
３    Ｙ軸方向移動機構
４    Ｚ軸方向移動機構
５    θ軸回転機構
６    φ軸回転機構
８    センサ
１０    点群データ比較装置
１７    ポリゴン化処理部
１８    ポリゴンノイズ除去処理部
Ｍ    対象物
【図１】
2005208868.tif 000003
【図２】
2005208868.tif 000004
【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】
2005208868.tif 000009
【図８】
2005208868.tif 000010
【図９】
2005208868.tif 000011
【図１０】
2005208868.tif 000012