(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元形状測定装置によって実測された、またはシミュレーション装置に記憶されている、被測定面のデータに基づいて得られた点群データと、ＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されている前記被測定面のデータに基づいて得られた点群データとを位置合わせ装置がデータ管理装置から取得する段階と、
前記データ管理装置から取得されたそれぞれの点群データに基づいて２つの二次曲面を前記位置合わせ装置が生成する段階と、
両二次曲面を構成する点群のすべての点について、その点を中心とする前記二次曲面の曲率を前記位置合わせ装置が演算する段階と、
前記両二次曲面を構成する点群から、あらかじめ設定した曲率よりも大きい曲率を有する点を前記位置合わせ装置が抽出する段階と、
それぞれの二次曲面について、抽出された点が連結された特徴線を前記位置合わせ装置が求める段階と、
一方の二次曲面について求められた特徴線を他方の二次曲面について求められた特徴線に前記位置合わせ装置が重ね合わせる段階と、
を有することを特徴とするデータの座標変換方法。
【請求項２】
前記二次曲面の曲率を前記位置合わせ装置が演算する段階は、
両二次曲面を構成する点群のすべての点について、その点からあらかじめ決められた距離の範囲内に位置する複数の点を前記位置合わせ装置が抽出する段階と、
その点と抽出した複数の点のみを含む前記二次曲面から、その点を中心とする前記二次曲面の曲率を前記位置合わせ装置が演算する段階と、
から成ることを特徴とする請求項１に記載のデータの座標変換方法。
【請求項３】
前記特徴線を前記位置合わせ装置が求める段階と前記特徴線に前記位置合わせ装置が重ね合わせる段階との間には、
さらに、求められた特徴線に含まれている点の数が一定の数よりも少ないときには、その特徴線を前記位置合わせ装置が削除する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータの座標変換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、自動車の車体パネルなどのプレス部品の面歪の不具合を評価する場合に、その実測データまたはシミュレーションによって得られたデータとＣＡＤデータとのズレ量を正確に把握できるようにするための、データの座標変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体パネルに発生する面形状不良の１つに面歪不具合がある。従来、この面歪不具合の認識は、車体パネルを実測したデータこの車体パネルのＣＡＤデータとを比較し、ＣＡＤデータに対して実測データが大きくずれているか否かによって行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、面歪不具合の認識は、一般的に微小（高さ数十μ）な歪みを検出することによって行われるので、実測されたデータとＣＡＤデータとの座標軸の合わせ精度が問題となる。実測されたデータとＣＡＤデータのどの部分を基準に位置合わせを行うかによって面歪不具合の認識精度は大きく異なってしまうからである。
【０００４】
一般的に、車体パネルのようなプレス部品は、ＣＡＤデータとの座標軸合わせを容易にするために、位置の基準を示すコーディネートホールという穴が設けてある。ところが、プレス部品はねじれやそりが広範囲に亘って生じている場合が多いので、ベストフィット法という最小自乗法を用いた処理を用いたとしても、コーディネートホールの位置は必ずしもＣＡＤデータが有しているコーディネートホールの位置と一致するとは限らない。
【０００５】
従来は、実測されたコーディネートホールの位置とＣＡＤデータが有しているコーディネートホールの位置が一致しているものとみなして実測データとＣＡＤデータとの座標軸合わせをしていたので、現実には０．１ｍｍオーダーの精度しか得られていないことがわかっており、面歪不具合の認識が高精度で行われているとは言い難い。
【０００６】
本発明は、以上のような従来の問題点を解決するために成されたものであり、実測されたデータ、または、シミュレーションの結果得られたデータとＣＡＤデータとのズレ量を正確に把握できるようにするための、データの座標変換方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかるデータの座標変換方法は、三次元形状測定装置によって実測された、またはシミュレーション装置に記憶されている、被測定面のデータに基づいて得られた点群データと、ＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されている前記被測定面のデータに基づいて得られた点群データとを位置合わせ装置がデータ管理装置から取得する段階と、前記データ管理装置から取得されたそれぞれの点群データに基づいて２つの二次曲面を前記位置合わせ装置が生成する段階と、両二次曲面を構成する点群のすべての点について、その点を中心とする前記二次曲面の曲率を前記位置合わせ装置が演算する段階と、前記両二次曲面を構成する点群から、あらかじめ設定した曲率よりも大きい曲率を有する点を前記位置合わせ装置が抽出する段階と、それぞれの二次曲面について、抽出された点が連結された特徴線を前記位置合わせ装置が求める段階と、一方の二次曲面について求められた特徴線を他方の二次曲面について求められた特徴線に前記位置合わせ装置が重ね合わせる段階と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この請求項１に記載の発明によれば、曲率の大きな点から構成される特徴線を求め、一方の二次曲面について求められた特徴線を他方の二次曲面について求められた特徴線に重ね合わせている。このように、大きな曲率を有している部分の点データを重ね合わせることによって、三次元形状測定装置によって実測された、またはシミュレーション装置に記憶されている、被測定面のデータに基づいて得られた点群データとＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されている前記被測定面のデータに基づいて得られた点群データとの両座標軸を正確に一致させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明にかかるデータの座標変換方法は、請求項１に記載のデータの座標変換方法において、前記二次曲面の曲率を前記位置合わせ装置が演算する段階は、両二次曲面を構成する点群のすべての点について、その点からあらかじめ決められた距離の範囲内に位置する複数の点を前記位置合わせ装置が抽出する段階と、その点と抽出した複数の点のみを含む前記二次曲面から、その点を中心とする前記二次曲面の曲率を前記位置合わせ装置が演算する段階と、から成ることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、その点における二次曲面の曲率を、その点からあらかじめ決められた距離の範囲内に位置する複数の点のみを含む二次曲面から求めているので、局所的な二次曲面の曲率を求めることができ、特徴線を正確に求めることができるようになる。
【００１１】
請求項３に記載の発明にかかるデータの座標変換方法は、請求項１に記載のデータの座標変換方法において、前記特徴線を前記位置合わせ装置が求める段階と前記特徴線に前記位置合わせ装置が重ね合わせる段階との間には、さらに、求められた特徴線に含まれている点の数が一定の数よりも少ないときには、その特徴線を前記位置合わせ装置が削除する段階を含むことを特徴とする。
【００１２】
この請求項３に記載の発明によれば、求められた特徴線に含まれている点の数が一定の数よりも少ないときには、その特徴線を削除するようにしたので、重ね合わせる場合に邪魔になる孤立した、短い特徴線を除去することができ、特徴線同士を重ね合わせる処理を高速かつ高精度に行うことができるようになる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、曲率の大きな点から構成される特徴線を求め、一方の二次曲面について求められた特徴線を他方の二次曲面について求められた特徴線に重ね合わせているので、三次元形状測定装置によって実測された、またはシミュレーション装置に記憶されている、被測定面のデータに基づいて得られた点群データとＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されている前記被測定面のデータに基づいて得られた点群データとの両座標軸を正確に一致させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、その点における二次曲面の曲率を、その点とその点の近傍に位置する複数の点のみを含む二次曲面から求めているので、特徴線を正確に求めることができるようになり、三次元形状測定装置によって実測された、またはシミュレーション装置に記憶されている、被測定面のデータに基づいて得られた点群データとＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されている前記被測定面のデータに基づいて得られた点群データとの両座標軸を正確に一致させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、求められた特徴線に含まれている点の数が一定の数よりも少ないときには、その特徴線を削除するようにしたので、特徴線同士を重ね合わせる処理を高速かつ高精度に行うことができるようになる。また、重ね合わせる場合に邪魔になる孤立した、短い特徴線を除去することができるので、三次元形状測定装置によって実測された、またはシミュレーション装置に記憶されている、被測定面のデータに基づいて得られた点群データとＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されている前記被測定面のデータに基づいて得られた点群データとの両座標軸を正確に一致させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるデータの座標変換方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、三次元形状測定装置から得られた実測データを例に説明するが、シミュレーション装置に記憶されているデータに対しても本発明の適用は可能である。
【００１７】
図１は、本発明のデータの座標変換方法を実施するために用いられる、被測定物の形状を実測する三次元形状測定装置の外観図である。
【００１８】
この三次元形状測定装置は、測定機１００とデータ管理装置１５０とを備えている。測定機１００の測定台１０５上には、被測定物である車体パネル（図示せず）がしっかりと固定されて載置される。固定された車体パネルに対して測定アーム１１０を前後左右上下に動かし、測定アーム１１０の先端に取り付けられているプローブ１１５を車体パネルの表面に当てる。この状態でデータを取り込む指示を与えると、プローブ１１５の先端の座標（車体パネルとプローブ先端との接触位置座標）がデータ管理装置１５０に送られる。
【００１９】
以上の操作を、車体パネルの表面の全面に対して５から１０ｍｍ間隔で実施する。データ管理装置１５０には、以上の操作で送られた何十万点という座標データ（車体パネル表面の座標データ）が記憶される。この記憶された車体パネルのデータが、「実測された被測定面の点群データ」である。
【００２０】
図２は、本発明のデータの座標変換方法を実施する装置の概略構成を示すブロック図である。この装置は、データ管理装置１５０、ＣＡＤ装置２００、位置合わせ装置２５０によって構成される。
【００２１】
ＣＡＤ装置２００は、三次元形状測定装置によって実測された車体パネルと同一の車体パネルの設計データが記憶されている。この設計データは、通常ソリッドモデルを形成する連続的なデータであり、このデータに基づいて点群データが生成される。この生成されたデータが、「ＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されている被測定面のデータに基づいて得られた点群データ」である。
【００２２】
位置合わせ装置２５０は、実測された車体パネルの点群データをデータ管理装置１５０から入力するとともに、ＣＡＤ装置２００に記憶されているその車体パネルのデータに基づいて生成された点群データを入力し、車体パネルの曲率の大きい部分の点群データを基準として、実測された被測定面の点群データとあらかじめ記憶されている被測定面のデータに基づいて得られた被測定面の点群データとの座標軸を重ね合わせる処理を行う装置である。
【００２３】
つぎに、本発明にかかるデータの座標変換方法を、図３のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００２４】
位置合わせ装置２５０は、実測された車体パネルの点群データをデータ管理装置１５０から取得するとともに、ＣＡＤ装置２００に記憶されているデータに基づいて得られたその車体パネルの点群データを取得する。実測された車体パネルの点群データは、実際にプレスされた車体パネルを三次元測定装置で測定した結果から得られた測定データである。
【００２５】
また、ＣＡＤ装置２００に記憶されているデータに基づいて得られたその車体パネルの点群データは、車体パネルの設計データである。プレス後の車体パネルの一部が設計データのとおりにできていれば、その部分において実測された点群データは、設計データに基づいて仮想的に形成される車体パネルのその部分の面上に位置されることになる。
なお、実測された点群データを可視化すると、図４に示すように表される（Ｓ３０１）。
【００２６】
つぎに、位置合わせ装置２５０は、公知の二次曲面フィッテングを用いて、実測された車体パネルの点群データから二次曲面を生成し、同様に、あらかじめ記憶されている被測定面のデータに基づいて得られた点群データから二次曲面を生成する。そして、位置合わせ装置２５０は、両二次曲面を構成する点群のすべての点について、その点の近傍に位置する複数の点を抽出する。なお、その点からどの程度の距離離れたところまでの点を抽出するかは、あらかじめ決めておく。たとえば、その距離を３０ｍｍとした場合、その点から半径３０ｍｍの範囲内の点のデータが抽出されるが、これは、二次曲面からその点を中心とする半径３０ｍｍの領域を切り取ることと等価である。このように細かく切り取るのは、二次曲面における凹凸の分布を細かく知ることができるからである。そして、位置合わせ装置２５０は、その点と抽出した複数の点のみを含む二次曲面から、その点を中心とする二次曲面の曲率を演算する。これにより、実測された車体パネルの点群データから生成された二次曲面のすべての点における曲率と、あらかじめ記憶されている被測定面のデータに基づく点群データから生成された二次曲面のすべての点における曲率が求まることになる（Ｓ３０２）。
【００２７】
つぎに、位置合わせ装置２５０は、両二次曲面を構成する点群から、あらかじめ設定した曲率よりも大きい曲率を有する点を抽出する。つまり、実測された車体パネルのすべての点の曲率をあらかじめ定めた一定の曲率と比較して、一定の曲率よりも大きい曲率を有する点だけを抽出する。
【００２８】
このように、曲率の大きい部分だけを取り出すようにしたのは、次の理由からである。プレス部品の場合、曲率の大きな部分は、大きな曲げ応力を受けるために金型の形状が最も良く転写され、また、成形後も型の形状を留めやすいことがわかっている。このため、金型がＣＡＤデータのとおりに出来上がっていれば、曲率の大きな部分はＣＡＤデータと一致していると考えられるからである（Ｓ３０３）。
【００２９】
位置合わせ装置２５０は、抽出された点を連結して特徴線を求めるための特徴抽出処理を行う。特徴抽出処理は、次のような手順で行われる。まず、抽出された点のうちの任意の点を選択し、その点に隣接した点が一定以内の距離に存在していればその隣接した点を任意の点と連結する。この連結を次々に行っていくと特徴線が得られる。たとえば、図４で示した、実測された点群データに対して以上の処理が施されると、図５に示すような特徴線が抽出される。そして、位置合わせ装置２５０は、このようにして求められた特徴線が、あらかじめ定められている点の数よりも少ない点の数から構成されているときには、その特徴線は孤立線、すなわち、一種のノイズであると判断し、その特徴線を削除する。図５の特徴線に対してこの処理を施すと、図６のようになる。つまり、図５に見られる短い線や点が図６では消えていることがわかる。以上までの処理で、実測された車体パネルの特徴線と、ＣＡＤデータに基づいて仮想的に生成された車体パネルの特徴線とが求まる（Ｓ３０４）。
【００３０】
位置合わせ装置２５０は、実測された車体パネルの特徴線をＣＡＤデータに基づいて仮想的に生成された車体パネルの特徴線に重ね合わせる。すなわち、実測された車体パネルの点群データの座標軸をＣＡＤ装置にあらかじめ記憶されているデータに基づいて得られた車体パネルの点群データの座標軸に合わせる。この特徴線を重ね合わせるにあたっては、その重ね合わせを正確に行うため、さらに特徴線からそのエッジを検出する。このエッジを検出する処理は公知の技術であるのでその説明は省略する。
【００３１】
たとえば、実測された車体パネルの特徴線である、図６の特徴線のうち、内側に位置する特徴線を重ね合わせるには、図７のように、その特徴線のエッジを抽出し、このエッジ（図８の白い線）を、ＣＡＤデータに基づいて仮想的に生成された車体パネルの特徴線のエッジ（図８の黒い線）に重ね合わせる。
【００３２】
なお、エッジを重ね合わせる場合、実測された車体パネルの特徴線を移動させてＣＡＤデータに基づいて仮想的に生成された車体パネルの特徴線に重ねても、逆に、ＣＡＤデータに基づいて仮想的に生成された車体パネルの特徴線を移動させて実測された車体パネルの特徴線に重ねても、いずれの場合でも良いが、移動させる側のデータは、車体パネルのすべての点群データを一斉に移動させる（Ｓ３０５）。
【００３３】
以上のようにして、両点群データの座標軸を一致させると、実測されたデータがＣＡＤデータに対してどの程度ずれているかを、各点ごとに正確に把握することができるので、各点ごとの差分データに基づいて、車体パネルの面歪状態を可視化するための処理（たとえば差分の大きさに応じた色づけ）を行い、この結果を、図示されていないディスプレイに表示する。以上の処理を行った結果は、たとえば、図９に示すような画像として表示される。この画像によれば、車体パネルの面歪状態を正確に把握することができる。
【００３４】
以上のように、本発明によれば、ＣＡＤデータが最も転写されやすい、大きく屈曲した部分を基準に、実測データとＣＡＤデータとの座標軸を合わせているので、微小（高さ数十μ）な歪みを検出することによって行われる面歪不具合の認識を高精度に行われるようになる。
【００３５】
本発明にかかるデータの座標変換方法のアルゴリズムは、あらゆる種類のＣＡＤシステム、シュミレーションソフトウェアのポストプロセッサに導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するために用いる三次元形状測定装置の外観図である。
【図２】本発明のデータの座標変換方法を実施する装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のデータの座標変換方法を示すフローチャートである。
【図４】実測された車体パネルの点群データの説明に供する図である。
【図５】本発明のデータの座標変換方法から得られる特徴線の説明に供する図である。
【図６】図５の特徴線からノイズを除いた結果得られた特徴線を示す図である。
【図７】図６の特徴線からそのエッジを抽出する処理の説明に供する図である。
【図８】実測データから得られた特徴線とＣＡＤデータから得られた特徴線を重ね合わせる処理の説明に供する図である。
【図９】本発明のデータの座標変換方法を適用することによって得られた面歪状態を示す図である。
【符号の説明】
１００…測定機、
１０５…測定台、
１１０…測定アーム、
１１５…プローブ、
１５０…データ管理装置、
２００…ＣＡＤ装置、
２５０…位置合わせ装置。
【図１】
0003970559.tif 000002
【図２】
0003970559.tif 000003
【図３】
0003970559.tif 000004
【図４】
0003970559.tif 000005
【図５】
0003970559.tif 000006
【図６】
0003970559.tif 000007
【図７】
0003970559.tif 000008
【図８】
0003970559.tif 000009
【図９】
0003970559.tif 000010