(57)【要約】【課題】製造工程等に組込み、製品の全数において三次元形状・位置品質を高速に評価することができる三次元形状・位置品質評価システム及びその方法を提案する。【解決手段】評価対象物の三次元形状・位置品質評価システムであって、前記評価対象物のセット治具８と、評価対象物の所定位置に配置され、３平面を有する座標基準物９と、評価対象物及び座標基準物９が有する３平面の各三次元座標を同時に計測するレーザーセンサ１０と、レーザーセンサ１０を評価対象物の所定位置に搬送するロボット１１と、ロボット１１の動作を制御する制御装置１２と、座標基準物９を座標基準として用いて、レーザーセンサ１０によって計測された評価対象物及び座標基準物９の計測データについて座標変換を行い、座標変換後の計測データと評価対象物の設計形状を表すＣＡＤデータとのズレ量を算出する処理を行うデータ処理装置１５と、を備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象物の三次元形状・位置品質の評価を行う三次元形状・位置品質評価システムであって、
前記評価対象物をセットするセット治具と、
前記評価対象物の所定位置に配置され、３平面を有する座標基準物と、
前記評価対象物及び前記座標基準物が有する前記３平面の各三次元座標を同時に計測する計測器と、
前記計測器を前記評価対象物の所定位置に搬送する計測器搬送手段と、
前記計測器搬送手段の動作を制御する制御手段と、
前記座標基準物を座標基準として用いて、前記計測器によって計測された前記評価対象物及び前記座標基準物の計測データについて座標変換を行い、座標変換後の計測データと前記評価対象物の設計形状を表すＣＡＤデータとのズレ量を算出する処理を行うデータ処理装置と、を備えたことを特徴とする三次元形状・位置品質評価システム。
【請求項２】
前記座標基準物が、立方体形状であることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状・位置品質評価システム。
【請求項３】
前記データ処理装置は、
前記評価対象物の設計形状及び前記座標基準物の形状を表すＣＡＤデータを予め記憶するとともに、前記計測器により同時に計測された前記評価対象物及び前記座標基準物の計測データを入力するデータ入力手段と、
予め算出した座標変換行列により、前記計測データの三次元座標を前記ＣＡＤデータの三次元座標へと座標変換する座標変換処理を行った後に、座標変換後の計測データと前記ＣＡＤデータとの偏差を最小にすべくベストフィット処理を行って、座標変換後の計測データと前記評価対象物の前記ＣＡＤデータとの位置合わせを行うデータ座標変換手段と、
前記データ座標変換手段により位置合わせが行われた座標変換後の計測データ及び前記ＣＡＤデータから前記評価対象物に対して品質評価を行う特徴形状の抽出を行う特徴抽出手段と、
前記特徴抽出手段により抽出した特徴形状の座標変換後の計測データと前記ＣＡＤデータとを比較して、そのズレ量を算出することで品質評価を行う品質評価手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元形状・位置品質評価システム。
【請求項４】
評価対象物の三次元形状・位置品質の評価を行う三次元形状・位置品質評価方法であって、
前記評価対象物の設計形状及び３平面を有する座標基準物の形状をそれぞれ表すＣＡＤデータを予め記憶するとともに、計測器により同時に計測された前記評価対象物及び前記座標基準物の計測データを入力するデータ入力工程と、
予め算出した座標変換行列により、前記計測データの三次元座標を前記ＣＡＤデータの三次元座標へと座標変換する座標変換処理を行った後に、座標変換後の計測データと前記ＣＡＤデータとの偏差を最小にすべくベストフィット処理を行って、座標変換後の計測データと前記評価対象物の前記ＣＡＤデータとの位置合わせを行うデータ座標変換工程と、
前記データ座標変換工程により位置合わせが行われた座標変換後の計測データ及び前記評価対象物のＣＡＤデータから前記評価対象物に対して品質評価を行う特徴形状の抽出を行う特徴抽出工程と、
前記特徴抽出工程により抽出した特徴形状の座標変換後の計測データ及び前記ＣＡＤデータとを比較して、そのズレ量を算出することで品質評価を行う品質評価工程と、を有することを特徴とする三次元形状・位置品質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価対象物の三次元形状・位置品質を評価する三次元形状・位置品質評価システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の加工が施された製品等について、評価や検査のため、或いはその後に矯正を行うため、製品各部の三次元形状の測定（計測）を行う技術は公知となっている。（特許文献１、２及び３を参照）
【０００３】
具体的には、特許文献１に記載されている三次元座標測定機は、タッチプローブでは計測できない軟質物質に対し、レーザ光により非接触で計測する技術を用いた測定機である。
【０００４】
また、特許文献２に記載されている三次元形状測定装置は、直交３軸式に位置制御されるロボットアームに、スイングアームとレーザによるプローブを取付け、非接触で形状計測する技術を用いた装置である。
【０００５】
また、特許文献３に記載されている長尺材のエッジ位置計測方法等は、ワークである長尺材と基準部材とを光学的な位置検出手段である２次元撮像装置等を用いて同時に撮影（検出）することにより、ワークの位置ズレを計測（１次元もしくは２次元）する技術を用いた方法及び装置である。
【特許文献１】特許第３３４１１５４号
【特許文献２】特開平５−３２２５２７号
【特許文献３】特開２００４−１７０３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されているような直動式の三次元計測機は、高い計測精度を確保するのに、動作機構に様々な制約を加えているため、一般的に、計測時間が長かったり、使用環境の制約が多かったりするため、製造工程に組み込んで、製品（ワーク）を全数計測することができない。
上述した制約とは、例えば、動力伝達機構（ギヤ）のガタ（バックラッシ）を極小にするために、さらには、熱膨張により位置決め精度の悪化を防ぐために、空調の整った場所に計測機を設置する必要があった。また、位置決め精度を高めるため、動作速度を低く抑えたりする必要があった。
【０００７】
また、特許文献３に記載されている方法等では、基準部材の１面もしくは１つのエッジのみを使用するため、三次元（撮像装置からみた奥行き方向）の位置ズレを計測することができない。すなわち、基準部材の一面のみを基準として使用するため、三次元でのずれが計測できなかった。
【０００８】
また、三次元的な位置ズレを見るために、球を三つ使用して基準部材とする方法（図１１参照）が考えられるが、球を基準部材として原点に対して軸と面を構成するように配置する必要があるため、ある程度の設置スペースを確保する必要があり空間効率が悪い。
そこで、本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、製造工程等に組込み、製品の全数において三次元形状・位置品質を高速に評価することができる三次元形状・位置品質評価システム及びその方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、
評価対象物の三次元形状・位置品質の評価を行う三次元形状・位置品質評価システムであって、
前記評価対象物をセットするセット治具と、
前記評価対象物の所定位置に配置され、３平面を有する座標基準物と、
前記評価対象物及び前記座標基準物が有する前記３平面の各三次元座標を同時に計測する計測器と、
前記計測器を前記評価対象物の所定位置に搬送する計測器搬送手段と、
前記計測器搬送手段の動作を制御する制御手段と、
前記座標基準物を座標基準として用いて、前記計測器によって計測された前記評価対象物及び前記座標基準物の計測データについて座標変換を行い、座標変換後の計測データと前記評価対象物の設計形状を表すＣＡＤデータとのズレ量を算出する処理を行うデータ処理装置と、を備えたものである。
【００１１】
請求項２においては、
前記座標基準物が、立方体形状であるものである。
【００１２】
請求項３においては、
前記データ処理装置は、
前記評価対象物の設計形状及び前記座標基準物の形状を表すＣＡＤデータを予め記憶するとともに、前記計測器により同時に計測された前記評価対象物及び前記座標基準物の計測データを入力するデータ入力手段と、
予め算出した座標変換行列により、前記計測データの三次元座標を前記ＣＡＤデータの三次元座標へと座標変換する座標変換処理を行った後に、座標変換後の計測データと前記ＣＡＤデータとの偏差を最小にすべくベストフィット処理を行って、座標変換後の計測データと前記評価対象物の前記ＣＡＤデータとの位置合わせを行うデータ座標変換手段と、
前記データ座標変換手段により位置合わせが行われた座標変換後の計測データ及び前記ＣＡＤデータから前記評価対象物に対して品質評価を行う特徴形状の抽出を行う特徴抽出手段と、
前記特徴抽出手段により抽出した特徴形状の座標変換後の計測データと前記ＣＡＤデータとを比較して、そのズレ量を算出することで品質評価を行う品質評価手段と、を備えたものである。
【００１３】
請求項４においては、
評価対象物の三次元形状・位置品質の評価を行う三次元形状・位置品質評価方法であって、
前記評価対象物の設計形状及び３平面を有する座標基準物の形状をそれぞれ表すＣＡＤデータを予め記憶するとともに、計測器により同時に計測された前記評価対象物及び前記座標基準物の計測データを入力するデータ入力工程と、
予め算出した座標変換行列により、前記計測データの三次元座標を前記ＣＡＤデータの三次元座標へと座標変換する座標変換処理を行った後に、座標変換後の計測データと前記ＣＡＤデータとの偏差を最小にすべくベストフィット処理を行って、座標変換後の計測データと前記評価対象物の前記ＣＡＤデータとの位置合わせを行うデータ座標変換工程と、
前記データ座標変換工程により位置合わせが行われた座標変換後の計測データ及び前記評価対象物のＣＡＤデータから前記評価対象物に対して品質評価を行う特徴形状の抽出を行う特徴抽出工程と、
前記特徴抽出工程により抽出した特徴形状の座標変換後の計測データ及び前記ＣＡＤデータとを比較して、そのズレ量を算出することで品質評価を行う品質評価工程と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
請求項１においては、座標基準を用いたデータ処理によって計測データの座標変換を行うため、計測器搬送手段の位置決め精度を要しない。
【００１６】
請求項２においては、狭い部分にも場所を取らずに座標基準物を配置することが可能であり、空間効率が良い。
【００１７】
請求項３においては、２段階の座標変換処理を行うことにより、高速処理が可能となり、かつ、高いロバスト性を確保することができる。また、処理範囲を限定したことで、さらなる高速処理が実現可能となる。
【００１８】
請求項４においては、２段階の処理を行うことにより、高速処理が可能となり、かつ、高いロバスト性を確保することができる。また、処理範囲を限定したことで、さらなる高速処理が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る評価対象物であるサスペンションメンバを示す斜視図、図２は同じく平面図、図３は本発明の一実施形態に係る三次元形状・位置品質評価システムの構成を示す斜視図、図４は評価対象物に対して座標基準物の位置を示す斜視図、図５はデータ処理の流れを示す図、図６はデータ座標変換工程の座標変換処理後のデータを示す図、図７はベストフィット処理後のデータを示す図、図８はブラケットを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図９は支持孔の孔開け制御の説明図、図１０は画像センサにより取得した画像データを用いた三次元形状・位置評価方法を示す図であり（ａ）は画像データを示す図、（ｂ）は評価対象物の特徴形状を抽出した状態を示す図である。図１１は従来の基準部材を示す模式図である。
以下に説明する三次元形状・位置品質評価システム及びその方法は、例えば、自動車部品の生産現場（生産ライン）等の組立工程において組み立てられる部品や、自動車部品の加工工程における加工品などを評価対象物とするものであり、部品が、どの程度の精度を有しているか、または加工品が、対応する設計形状に対してどの程度ズレているか、つまり、加工品の形状の設計値（いわゆるノミナル値）に対する差異を比較解析することにより、評価対象物である部品や加工品の形状品質及び位置品質の評価を行うものである。以下、実施の形態に即して具体的に説明する。
【００２０】
以下に説明する実施の形態では、評価対象物の例として、自動車のボディを形成するサスペンションメンバのブラケットについて説明する。
【００２１】
図１、図２に示すように、サスペンションメンバ１は、車体に対して左右に配置されて前後方向に延びる一対のサイドレール（サイドメンバ）２・２を前後に配置されて車幅方向に沿って平行に延びるフロントクロスメンバ３及びリアクロスメンバ４によって連結して略井桁状に形成したものであり、これらの部材は溶接によって互いに結合される。サイドレール２・２には、両端部にボディマウントホルダ５が溶接され、また、中間部に一対のロアアームブラケット６、７（以下、ブラケット６、７という）が溶接されている。
【００２２】
前記ブラケット６、７は、容器状のものであり開口部を車幅方向外方に向けた状態でサイドレール２・２の中途部に配置されており、図示しないロアアームの内端を支持する内端支持部である。また、前記ブラケット６、７は、容器状をなす壁部において、前壁部及び後壁部の所定位置にロアアームの内端を支持するための長孔である支持孔６ａ・７ａを有しており、その前後壁の所定位置にてボルト１４（図８参照）及びナットにより、ロアアームが取り付けられる。
【００２３】
評価対象物として上述したサスペンションメンバ１のブラケット６、７について、その三次元形状及び位置を計測し、その計測形状及び計測位置と、サスペンションメンバ１のブラケット６、７のＣＡＤデータ化された設計形状とを比較して解析することにより、自動車部品としての三次元形状・位置品質の評価を行う。
具体的には、ＣＡＤで設計した設計値どおりできているかどうかを、全体的な形状、形状を構成する面の位置、面に開口された孔の位置というものを評価及び検査する。
【００２４】
次に、三次元形状・位置品質評価システムの構成について図３を用いて説明する。
本実施形態に係る三次元形状・位置品質評価システムの構成としては、図３に示すように、前記評価対象物であるサスペンションメンバ１をセットするセット治具８と、前記サスペンションメンバ１の所定位置（本実施形態では、ブラケット７近傍）に配置され、互いに直交する３平面を有する座標基準物９と、前記サスペンションメンバ１及び前記座標基準物９が有する前記３平面の各三次元座標を同時に計測する計測器の一例である三次元レーザーセンサ１０（以下、レーザーセンサ１０という）と、前記レーザーセンサ１０を把持して、前記サスペンションメンバ１の計測部分となるブラケット７近傍に搬送する計測器搬送手段であるロボット１１と、前記ロボット１１の動作を制御する制御手段である制御装置１２と、前記座標基準物９を座標基準として用いて、前記レーザーセンサ１０によって計測された前記サスペンションメンバ１のブラケット７及び前記座標基準物９の計測データについて座標変換を行い、座標変換後の計測データと前記ブラケット７の設計形状を表すＣＡＤデータとのズレ量を算出する処理を行うデータ処理装置１５と、から構成されている。
【００２５】
前記セット治具８は、該セット治具８の上端部が図３に示すように、サイドレール２・２の両端部が有する開口部であるボディマウントホルダ５内に挿入され、サスペンションメンバ１を固定支持するものである。
なお、セット治具８は、本実施形態においては床面に固定されているが、特に限定するものではなく、コンベア等の搬送装置上にセット治具８を設ける構成としてセット治具８を移動可能に構成してもかまわない。
【００２６】
前記座標基準物９は、図３に示すように、互いに直交する３平面を有するキューブ状（立方体形状）部材（大きさは本例では２０ｍｍ角程度）であり、レーザーセンサ１０により計測を行う際に、サスペンションメンバ１の計測部分となるブラケット７と座標基準物９の互いに直交する３平面が同時に計測（スキャニング）される状態となるべく支持部材（図示せず）を介して床面に固定される。すなわち、前記座標基準物９は、ブラケット７近傍の所定位置に配置され、レーザーセンサ１０のセンサ計測範囲１３（スキャニング範囲）内にブラケット７と座標基準物９が納まる状態となるべく配置される。また、前記座標基準物９は、セット治具８と同じく床面に固定されるので、セット治具８に固定支持されるブラケット７と座標基準物９との相対位置は常に同じとなる。こうして、座標基準物９は、レーザーセンサ１０により、３平面を同時に測定されることで、三次元座標の基準となる。
なお、本実施形態においては計測時に、評価対象物（ワーク）と座標基準物９とを同時計測するため、空間効率を考えて座標基準物９をキューブ状の部材としたが、特に限定するものではなく、互いに直交する３平面を有する形状を具備した部材、例えば、三枚の板材が互いに直交する３平面を形成するように構成したものであってもかまわない。
さらに、互いに直交する３平面を有する形状を具備した部材に限定するものではなく、平面同士が互いに直交しなくとも、３平面の位置関係が既知である部材であれば座標基準物9として適用することができる。
また、座標基準物９は、三次元座標の基準となるものなので、より高精度な三次元測定器で計測を行い、予めＣＡＤデータ化しておき、後述するデータ処理装置１５によるデータ処理に用いることが好ましい。
【００２７】
前記ロボット１１は、図３に示すように、マニピュレータ型であり、ロボット１１の手先１１ａに箱状のレーザーセンサ１０を具備しており、レーザーセンサ１０の姿勢が３次元的に揺動可能である。また、ロボット１１は、該ロボット１１のアクチュエータの動作を制御する制御装置１２と接続されている。
なお、本実施形態では計測器搬送手段としてロボット１１を用いたが、特に限定するものではなく、レーザーセンサ１０を評価対象物の計測部分に移動できる手段であれば特に限定するものではない。
また、部品の加工用や部材取付・搬送用などの製造用ロボットを、本実施形態で説明するロボット１１として併用することも可能である。この場合、ロボット１１は製造作業を行いながら、評価対象物の三次元計測も同時に行うことが可能となる。
【００２８】
前記データ処理装置１５は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等で構成されるものであり、評価対象物であるブラケット７の設計形状を表すＣＡＤデータについての情報を備える。
すなわち、本実施形態では、データ処理装置１５は、ＣＡＤデータ読み込み機能を有し、ブラケット７の設計形状についての情報として、ブラケット７の形状をＣＡＤデータとして予め備える。データ処理装置１５は、レーザーセンサ１０からの計測データ（点群データ）に基づいてブラケット６、７の形状や寸法を把握するとともに、後述する三次元形状・位置品質評価方法（データ処理）によってその計測形状と設計形状（ＣＡＤデータ）との比較解析を行うことが可能である。
【００２９】
具体的には、データ処理装置１５は、前記ブラケット７及び前記座標基準物９のＣＡＤデータを予め記憶するとともに、前記レーザーセンサ１０により同時に計測された前記ブラケット７及び前記座標基準物９の計測データを入力するデータ入力手段と、予め算出した座標変換行列により、前記計測データの三次元座標を前記ＣＡＤデータの三次元座標へと座標変換する座標変換処理を行った後に、座標変換後の計測データと前記ＣＡＤデータとの偏差を最小にすべくベストフィット処理を行って、座標変換後の計測データと前記ブラケット７の前記ＣＡＤデータとの位置合わせを行うデータ座標変換手段と、前記データ座標変換手段により位置合わせが行われた座標変換後の計測データ及び前記ＣＡＤデータから前記ブラケット７に対して品質評価を行う特徴形状の抽出を行う特徴抽出手段と、前記特徴抽出手段により抽出した特徴形状の座標変換後の計測データ及び前記ＣＡＤデータとを比較して、そのズレ量を算出することで品質評価を行う品質評価手段と、を備えている。
【００３０】
また、前記品質評価手段は、位置合わせが行われた座標変換後の計測データ及び前記ＣＡＤデータの比較結果から設計値とのズレ量を算出する算出手段と、計測データの歪補正を行う補正手段とを有する。これらのほか、データ処理装置１５は、レーザーセンサ１０により計測されるブラケット７の計測データ（計測形状）に対して実行される後述する座標変換処理、ベストフィット処理及び歪補正に係るプログラム等を格納する格納手段や、このプログラム等を展開する展開手段や、ブラケット７の設計形状（ＣＡＤデータ）や演算結果等を記憶する記憶手段等を具備する。
【００３１】
本実施形態においては、サスペンションメンバ１の計測部分となるブラケット７の三次元形状・位置を計測するための方法として、レーザーセンサ（レーザースキャナ）１０による点群計測方法を用いる。このため、三次元形状・位置品質評価システムは、レーザーセンサ１０による点群計測を実施するための構成を備える。すなわち、三次元形状・位置品質評価システムで実施されるレーザースキャニングによる点群計測では、非接触三次元測定器であるレーザーセンサ１０を用いて評価対象物の点群計測を行い、データ処理装置１５を用いて計測データ（取得した点群データ：対象物の表面のある点の三次元座標（ｘ,ｙ,ｚ）の値が多数集まったデータ）の処理を行って、予め取得している設計形状である三次元ＣＡＤデータと照合するものである。
【００３２】
このような構成により、ブラケット７の計測形状である計測データと設計形状であるブラケット７のＣＡＤデータとを比較解析することでブラケット７の形状品質及び位置品質についての評価を行い、その際、前記のとおりブラケット７の計測データとＣＡＤデータとの比較に際し、まず、計測データに対して所定のデータ処理を行う。本発明に係る三次元形状・位置品質評価方法においては、ブラケット７の計測形状の評価に際し、次のような方法を用いる。以下に具体的な方法について説明する。
【００３３】
以下、本実施形態に係るブラケット７の三次元形状・位置品質評価方法について、図４、図５を用いて説明する。具体的には、品質評価の例として、ブラケット７（ワーク）の支持孔７ａ周辺部の三次元計測を行い、支持孔７ａの位置品質を評価するデータ処理の流れについて説明する。
【００３４】
まず、図３に示すように、評価対象物であるサスペンションメンバ１をセット治具８にセットする。このようにセットした状態においてブラケット７の近傍に座標基準物９が位置するようになっている。続いて、制御装置１２によりロボット１１のアクチュエータを駆動制御してロボット１１の手先１１ａに具備されたレーザーセンサ１０が、サスペンションメンバ１の斜め後方、図４に示すように、レーザーセンサ１０のセンサ計測範囲１３内にブラケット７と座標基準物９が納まる位置に配置される。ロボット１１の手先１１ａが所定の計測部分へと移動が完了した場合、制御装置１２により手先１１ａの移動が完了した信号をデータ処理装置１５に送信し、該データ処理装置１５がこの信号を受信後、レーザーセンサ１０により三次元形状計測を開始する。
【００３５】
＜データ処理の流れ＞
次にデータ処理装置１５にて実行されるデータ処理について図５を用いて説明する。
データ処理の全体の流れとしては、図５に示すように、データ入力工程→データ座標変換工程→特徴抽出工程→品質評価工程となっている。以下各工程について説明する。
【００３６】
前記データ入力工程は、予め座標基準物９の位置および形状をより高精度な三次元計測器で計測しておき、前述したデータ入力手段内の記憶手段にＣＡＤデータ（座標基準）として記憶しておく。加えて、評価対象物であるブラケット７の設計形状（設計値）であるＣＡＤデータを設計基準（設計中央値）として記憶させておく。そして、レーザーセンサ１０によってセンサ計測範囲１３内の走査を行ってブラケット７及び座標基準物９の三次元点群データ（三次元座標）を取得する。次にデータ座標変換工程へと進む。
【００３７】
データ座標変換工程は、計測データとＣＡＤデータとの位置合わせ（重ね合わせ）を行う工程であり、前記データ入力工程における計測データ（点群データ）は、センサの座標（ローカルな座標）に存在するので、この計測データをＣＡＤデータと比較できるように車両設計の座標、すなわちＣＡＤデータで示される座標上に移動させる座標変換（位置合わせ）を行う。つまり、計測データをＣＡＤデータへと照合し、ＣＡＤデータの座標が基準となるように処理を行う。この処理でズレ量を同じ座標系で評価できるようになる。計測データが実測値となるのでＣＡＤデータをベースにして計測データを所定の処理により重ね合わせてズレ量をみていく。データ座標変換工程においては、後述する座標変換処理とベストフィット処理との２段階の処理を実行する。
【００３８】
前記座標変換処理は、処理の高速化を行うために概略的な座標変換を行う処理であり、先ずレーザーセンサ１０のローカルな座標位置（３次元座標）とＣＡＤデータの座標位置（３次元座標）との関係に基づき、座標変換行列（４×４マトリックス）を予め算出しておく。この座標変換行列を用いてレーザーセンサ１０により取得した計測データ（点群データ）の座標変換を実行し、ＣＡＤデータ上の座標系に計測データを重ね合わせる。この座標変換は異なる座標系において、一方の三次元座標を他方の座標系に座標変換処理を行うという演算処理であるため、計算は極めて短時間で終了する。このように計算時間がかからない概略的な変換を行った場合でも、図６に示すように、計測データ（点群データ）Ｍと、ＣＡＤデータＤが略重なり合った状態となる。座標変換処理が終了後、続いてベストフィット処理を実行する。
【００３９】
前記ベストフィット処理は、最小二乗法により計測形状（計測データ）と設計形状（本実施例ではＣＡＤデータ）との偏差（誤差）が最小となるように計算を実行する処理であり、図７に示すように、前述した座標基準物９のＣＡＤデータ、及び、座標基準物９の計測データを基準として用いて計測データとＣＡＤデータとがもっとも精度良く一致する位置合わせを行う処理である。
【００４０】
通常、ベストフィット処理は、計測データの各点（三次元点群データ）とＣＡＤデータである形状とにおいて、この距離を最小化する計算なので、計算量が多く時間がかかってしまうが、本実施形態では、図６に示すように、座標変換処理において、計測データとＣＡＤデータとが、予めある程度位置合わせが行われるので、その次の処理であるベストフィット処理における最小二乗法による偏差（誤差）の最小化計算もすぐに偏差（誤差）が収束し、このベストフィット処理も早くなるのである。
このように、あえて２段階処理を実行することで、偏差（誤差）もすぐに収束させることができるので高速処理が可能となる。また、ベストフィット処理においては、計測データとＣＡＤデータのズレが大きい場合、フィットさせる候補が見つからなくて処理できない等の演算処理上の不具合が発生し、偏差（誤差）量の計算が不可能となり、処理自体が破綻する可能性があるが、本実施形態のように２段階処理を実行することで、このような計算処理の破綻も起こらずに確実に処理できるようになりロバスト性高く処理できる。つまり、データ座標変換工程は、概略処理（座標変換行列による処理）→詳細処理（ベストフィット処理）という流れの２段階の処理により、高速かつ高いロバスト性を確保したのである。こうして、データ座標変換工程が終了後、続いて特徴抽出工程に進む。
【００４１】
特徴抽出工程は、計測データ（点群データ）から評価対象物の特徴形状（評価する部位）であるブラケット７の支持孔７ａの輪郭の形状を抽出する。
このように、ブラケット７の支持孔７ａを抽出するのは、計測データ全体から探すと処理に時間を要してしまうので設計形状であるＣＡＤデータの法線等を使って、評価すべき部位（範囲）の計測データだけを参照して、そこから計測データとＣＡＤデータとのズレ量を導きだすことで、全体の点群から処理を実行するよりも早い処理ができるのである。特徴抽出工程が終了後、続いて品質評価工程に進む。
【００４２】
品質評価工程では、前工程である特徴抽出工程で抽出した支持孔７ａの輪郭形状より支持孔７ａの中心点が求められる。この計測データの支持孔７ａの中心点と、設計形状であるＣＡＤデータの支持孔７ａの中心点（設計値）とのズレ量を算出、判定及び出力を行う。このようにして、品質評価工程では、製品等の評価対象物が設計値に対してどれくらいズレているかということを調べることで、製品の品質がわかるのである。
【００４３】
上述した方法（データ処理）により、一般に、多くの時間を要する三次元点群処理を高速化することができる。また、高速処理を行えるようにしたことで設計の寸法公差内に入っているどうかを製造作業を行いながら全数計測することが可能となる。また、全数計測することで計測データとＣＡＤデータとの偏差の推移が確認できるので、製造作業時において製品の品質が悪くなる前に製造設備の調整をリアルタイムで行って、計測形状と設計形状とのズレ量をなくすように調整する（ズレを修正して設計中央値にもどす）ことも可能である。
【００４４】
上述したようにサスペンションメンバ１が具備するブラケット７の支持孔７ａ位置評価について本発明である三次元形状・位置品質評価システム及びその方法を適用した場合について、具体的に説明したが、以下に、このような支持孔７ａ位置の評価がどのように自動車の生産工程に活用されるかについて例を挙げて説明する。具体的には、自動車の生産工程である組立工程と加工工程のそれぞれに適用した例を説明する。
【００４５】
＜組立工程への適用＞
サスペンションメンバ１を溶接にて形成するサスペンションメンバ溶接工程と、その後工程となるサスペンションメンバ１のブラケット６、７にロアアーム（図示せず）の内端をボルト締結して組み付けるという組立工程において、前記サスペンションメンバ溶接工程に本発明に係る三次元形状・位置評価システムを適用した場合、溶接後のブラケット６、７の各々の支持孔６ａ、７ａについて本発明である三次元形状・位置評価システム及びその方法を適用して予め全数計測しておき各部品の寸法精度を紐付けしておく。そして、後工程となる組立工程において、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ブラケット７にロアアームの一端をボルト１４によりボルト締結する場合に（図８においては、ロアアームを図示せず）、上述した各部品の寸法精度の紐付けデータに基づいて、すなわち、図８（ｂ）に示す支持孔７ａ位置のズレ量（偏差）に応じて、偏芯カム１６（本実施例においてはピッチ違い３種類を使用）を選択してロアアームの取付けを行うことで、サスペンションメンバ１とロアアームとの組立工程で最適にアライメントを調製することが可能となる。
【００４６】
＜加工工程への適用＞
自動車部品であるサスペンションメンバ１を製造するサスペンションメンバ溶接工程及び加工工程に本発明に係る三次元形状・位置評価システムを適用した場合は、サスペンションメンバ１のブラケット６及びブラケット７において、ブラケット６の支持孔６ａの孔開け位置を三次元形状・位置評価システムにて予め三次元形状・位置評価を行って紐付けしておき、このブラケット６の支持孔６ａの孔開け位置の三次元形状・位置評価データに基づき、ブラケット６に隣接するブラケット７の支持孔７ａの孔開け位置の加工制御を行うようにすることで、すなわち、図９に示すように、ブラケット６の評価値に対してブラケット７の孔開け位置を製品公差の中央付近へ補正を行うようにすることで、製品組立時のアライメント調整が不要になる。
【００４７】
上述したような支持孔７ａの位置品質評価以外にも、図７の矢印で示すようなブラケット７の面形状品質などにおいても本発明に係る三次元形状・位置品質評価システム及びその方法を適用して設計形状に対する面方向の誤差を評価することは可能である。
【００４８】
また、上述した実施形態においては、非接触三次元計測器であるレーザーセンサ１０で計測データ（三次元点群データ）を得て、それを処理する方法を説明したが、これ以外にも画像処理を活用する方法によっても非接触三次元計測器による方法と同様に三次元形状・位置品質評価を行うことが可能である。すなわち、図１０（ａ）に示すように、画像センサ（２台のカメラから抽出した画像データから三次元画像を生成する画像センサ、いわゆるツインカメラ方式の三次元計測器）によって取得される画像データから、図１０（ｂ）のように、座標基準物９と評価対象物（ワーク）であるブラケット７の特徴形状を抽出し、品質評価を実施することも可能である。つまり、三次元計測データを取得する手段としては、レーザーセンサ等による点群計測装置やＣＣＤカメラによる画像処理等の三次元形状を測定できる装置であってもよく、三次元形状のセンシング手段は問わない。
【００４９】
このように、評価対象物の３次元形状・位置品質の評価を行う三次元形状・位置品質評価システムであって、前記評価対象物をセットするセット治具８と、前記評価対象物の所定位置に配置され、互いに直交する３平面を有する座標基準物９と、前記評価対象物及び前記座標基準物９が有する前記３平面の各三次元座標を同時に計測する計測器であるレーザーセンサ１０と、前記レーザーセンサ１０を前記評価対象物の所定位置に搬送する計測器搬送手段であるロボット１１と、前記ロボット１１の動作を制御する制御手段である制御装置１２と、前記座標基準物９を座標基準として用いて、前記レーザーセンサ１０によって計測された前記評価対象物及び前記座標基準物９の計測データについて座標変換を行い、座標変換後の計測データと前記評価対象物の設計形状を表すＣＡＤデータとのズレ量を算出する処理を行うデータ処理装置１５と、を備えた三次元形状・位置品質評価システムを適用することにより、座標基準を用いたデータ処理によって計測データの座標変換を行うため、計測器搬送手段の位置決め精度を要しない。さらに、高速で製品を全数品質保証が可能となり、不具合品の流出防止や履歴管理による不具合を未然に防止することが可能となる。
なお、計測器搬送手段としては、高速搬送装置であり、防塵対策をしてあればより好ましく、特に形状及び搬送位置精度は問わない。
【００５０】
また、前記座標基準物９が、キューブ状（立方体形状）部材により構成することで、狭い部分にも場所を取らずに座標基準物９を配置することが可能であり、空間効率が良い。
【００５１】
また、本発明は、実際のプレスとか溶接のラインで使われている生産のために高速に動くロボットを有効に使うことが可能であり、例えば、生産用ロボットの手先に三次元計測用センサ（本実施形態ではレーザーセンサ１０）を把持させると良い。通常、ロボットは、繰り返し精度はよいがあまり絶対精度（位置精度）はよくない。そこで、本発明においては座標基準物９（設備側に固定）と評価対象物であるワークを同時に計測して相対的な距離を測るようにしてロボットによる搬送位置誤差の影響を受けずに高精度に計測できるように構成したものである。また、本発明は、互いに直交する３平面を有した基準部材（三次元情報をもった基準）として用いることにより評価対象物の三次元での位置寸法が評価できる。
【００５２】
以上説明した三次元位置・形状評価システム及び三次元位置・形状評価方法は、上記の実施形態に限定するものではなく、あらゆる製造業における品質検査工程における品質管理に際して用いることができる。特に、上記の実施形態における評価対象物のように、ＣＡＤデータ等で設計形状が既知である製品の寸法品質を生産現場で評価する場合に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る評価対象物であるサスペンションメンバを示す斜視図。
【図２】同じく平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る三次元形状・位置品質評価システムの構成を示す斜視図。
【図４】評価対象物に対して座標基準物の位置を示す斜視図。
【図５】データ処理の流れを示す図。
【図６】データ座標変換工程の座標変換処理後のデータを示す図。
【図７】ベストフィット処理後のデータを示す図。
【図８】ブラケットを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。
【図９】支持孔の孔開け制御の説明図。
【図１０】画像センサにより取得した画像データを用いた三次元形状・位置評価方法を示す図であり（ａ）は画像データを示す図、（ｂ）は評価対象物の特徴形状を抽出した状態を示す図。
【図１１】従来の基準部材を示す模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１    サスペンションメンバ（評価対象物）
６・７  ブラケット
９    座標基準物
１０  レーザーセンサ
１１  ロボット
１２  制御装置
１５  データ処理装置
【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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【図１１】
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