(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価装置であって、前記基準立体形状のデータを記憶した基準データ記憶手段と、前記計測立体形状のデータを作成する計測データ作成手段と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる重ね合わせ手段と、を有し、
前記重ね合わせ手段は、
予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、重ね合わせの基準となる少なくとも三つの基準点を定義する基準点定義手段と、
前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記少なくとも三つの基準点に対応対象点を定義する対象点定義手段と、を有し、
少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＸ座標値を有するようにし、残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＹ座標値を有するようにし、さらに残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＺ座標値を有するようにして、少なくとも三つの対象点が有するＸＹＺ座標値のうち六つの座標値を対応する基準点のＸＹＺ座標値と同一にすることを特徴とする品質評価装置。
【請求項２】
品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価装置であって、前記基準立体形状のデータを記憶した基準データ記憶手段と、前記計測立体形状のデータを作成する計測データ作成手段と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる重ね合わせ手段と、を有し、
前記重ね合わせ手段は、
予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、第１基準点、第２基準点、および第３基準点を定義する基準点定義手段と、
前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記第１基準点に対応する第１対象点、前記第２基準点に対応する第２対象点、および前記第３基準点に対応する第３対象点を定義する対象点定義手段と、
第１対象点が第１基準点に一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に平行移動させる移動手段と、
前記第１基準点と前記第２基準点を結ぶ直線上であって第２基準点側に前記第２対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点を中心として回転させる第１回転手段と、
前記第１基準点、前記第２基準点および前記第３基準点を含む平面上であって前記第３基準点側に前記第３対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点および前記第２対象点を結ぶ直線を回転軸として回転させる第２回転手段と、
を含むことを特徴とする品質評価装置。
【請求項３】
前記基準立体形状のデータは、一つの部品の立体形状を示すデータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の品質評価装置。
【請求項４】
前記基準立体形状のデータは、複数の部品によって組み立てられた状態の立体形状を示すデータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の品質評価装置。
【請求項５】
前記重ね合わせ手段は、さらに、
前記基準立体形状上であって各基準点から所定の範囲内の法線の平均を算出して各基準点の法線とし、全基準点の法線の平均を算出して全基準点の重心の法線とする法線設定手段を含み、
前記重心の法線に対して平行に前記計測立体形状を移動させ、前記重心の法線と前記計測立体形状の交点を回転の中心として前記計測立体形状を相対的に回転させ、各基準点に対応する各対象点の誤差の合計の最小値を算出し、前記誤差の合計の最小値が所定の値より小さくなったときの計測立体形状の前記重心の法線上の位置を最適位置として、前記計測立体形状を前記基準立体形状に重ね合わせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の品質評価装置。
【請求項６】
前記重ね合わせ手段は、
前記誤差の合計の最小値を、前記重心の法線上に設定される任意の中心点と、前記重心の法線上で前記中心点からそれぞれ反対方向に所定の距離を介して配置される最大点および最小点との三点で算出し、
前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が、所定の値より小さい場合、当該中心点を前記最適位置とし、
前記中心点で算出した前記誤差の合計の最小値が、所定の値より大きい場合、前記最大点で算出した誤差の合計の最小値と、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値とを比較し、
前記最大点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最小点とし、前記新たな最小点と前記最大点との中間を新たな中心点とし、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最大点とし、前記新たな最大点と前記最小点と中間を新たな中心点とすることを特徴とする請求項５に記載の品質評価装置。
【請求項７】
前記重ね合わせ手段は、前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が前記所定の値より小さくなるまで、請求項６に記載の動作を繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の品質評価装置。
【請求項８】
前記重ね合わせ手段によって重ね合わされた前記基準立体形状と前記計測立体形状とを比較する比較手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の品質評価装置。
【請求項９】
前記製品を生産する生産設備の立体形状を示す設備立体形状のデータを記憶する記憶手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記計測立体形状のデータを修正する修正手段と、
修正された前記計測立体形状のデータと一致する製品が生産されるように、前記設備立体形状のデータの修正する設備データ修正手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の品質評価装置。
【請求項１０】
前記設備データ修正手段によって修正された前記設備立体形状のデータに基づいて設備の修正を指示する設備修正指示データを作成する作成手段と、
前記設備修正指示データに基づいて修正指示を表示する表示手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の品質評価装置。
【請求項１１】
品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価方法であって、前記基準立体形状のデータを記憶する工程と、前記計測立体形状のデータを作成する工程と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる工程と、を有し、
前記重ね合わせる工程は、
予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、重ね合わせの基準となる三つの基準点を定義する工程と、
前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記六つの基準点に対応する三つの対象点を定義する工程と、を有し、
少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＸ座標値を有するようにし、残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＹ座標値を有するようにし、さらに残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＺ座標値を有するようにして、少なくとも三つの対象点が有するＸＹＺ座標値のうち三つの座標値を対応する基準点のＸＹＺ座標値と同一にすることを特徴とする品質評価方法。
【請求項１２】
品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価方法であって、前記基準立体形状のデータを記憶する工程と、前記計測立体形状のデータを作成する工程と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる工程と、を有し、
前記重ね合わせる工程は、
予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、第１基準点、第２基準点、および第３基準点を定義する工程と、
前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記第１基準点に対応する第１対象点、前記第２基準点に対応する第２対象点、および前記第３基準点に対応する第３対象点を定義する工程と、
第１対象点が第１基準点に一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に平行移動させる工程と、
前記第１基準点と前記第２基準点を結ぶ直線上であって第２基準点側に前記第２対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点を中心として回転させる工程と、
前記第１基準点、前記第２基準点および前記第３基準点を含む平面上であって前記第３基準点側に前記第３対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点および前記第２対象点を結ぶ直線を回転軸として回転させる工程と、
を含むことを特徴とする品質評価方法。
【請求項１３】
前記基準立体形状のデータは、一つの部品の立体形状を示すデータであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の品質評価方法。
【請求項１４】
前記基準立体形状のデータは、複数の部品によって組み立てられた状態の立体形状を示すデータであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の品質評価方法。
【請求項１５】
前記重ね合わせる工程は、さらに、
前記基準立体形状上であって各基準点から所定の範囲内の法線の平均を算出して各基準点の法線とし、全基準点の法線の平均を算出して全基準点の重心の法線とする工程を含み、
前記重心の法線に対して平行に前記計測立体形状を移動させ、前記重心の法線と前記計測立体形状の交点を回転の中心として前記計測立体形状を相対的に回転させ、各基準点に対応する各対象点の誤差の合計の最小値を算出し、前記誤差の合計の最小値が所定の値より小さくなったときの計測立体形状の前記重心の法線上の位置を最適位置として、前記計測立体形状を前記基準立体形状に重ね合わせることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の品質評価方法。
【請求項１６】
前記重ね合わせる工程は、
前記誤差の合計の最小値を、前記重心の法線上に設定される任意の中心点と、前記重心の法線上で前記中心点からそれぞれ反対方向に所定の距離を介して配置される最大点および最小点との三点で算出し、
前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が、所定の値より小さい場合、当該中心点を前記最適位置とし、
前記中心点で算出した前記誤差の合計の最小値が、所定の値より大きい場合、前記最大点で算出した誤差の合計の最小値と、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値とを比較し、
前記最大点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最小点とし、前記新たな最小点と前記最大点との中間を新たな中心点とし、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最大点とし、前記新たな最大点と前記最小点と中間を新たな中心点とすることを特徴とする請求項１５に記載の品質評価方法。
【請求項１７】
前記重ね合わせる工程は、前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が前記所定の値より小さくなるまで、請求項１６に記載の動作を繰り返すことを特徴とする請求項１６に記載の品質評価方法。
【請求項１８】
前記重ね合わせる工程において重ね合わされた前記基準立体形状と前記計測立体形状とを比較する工程をさらに有することを特徴とする請求項１１から請求項１７のいずれか一項に記載の品質評価方法。
【請求項１９】
前記製品を生産する生産設備の立体形状を示す設備立体形状のデータを記憶する工程と、
前記比較工程における比較結果に基づいて、前記計測立体形状のデータを修正する工程と、
修正された前記計測立体形状のデータと一致する製品が生産されるように、前記設備立体形状のデータの修正する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の品質評価方法。
【請求項２０】
前記設備立体形状のデータを修正する工程において修正された前記設備立体形状のデータに基づいて設備の修正を指示する設備修正指示データを作成する工程と、
前記設備修正指示データに基づいて修正指示を表示する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の品質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の品質を向上させるための品質評価装置および品質評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品の品質評価は、実際生産した製品を測定することによって得られた形状データを、基準として記憶されているＣＡＤデータと比較することによって行われている。
【０００３】
たとえば、自動車部品（圧造成形品、車体組立部品）の生産では、生産された部品の形状データと基準となるＣＡＤデータとを比較する評価を行うことにより、生産された部品が所定の品質基準を満たすようになるまで、当該部品を生産するための圧型や冶工具などの設備の修正を繰り返し行っている。
【０００４】
品質評価や生産設備の修正を支援するシステムとして、特開平７−３３４２２５号公報では、品質を保証するための計画を立案するのに必要なデータを一元管理し、立案された計画に基づいて三次元計測器などを用いて製品の計測を行って、その計測結果に基づいて生産設備の修正データを求める発明が開示されている。しかしながら、この発明は、データの管理方法を開示したにすぎず、具体的な製品の評価方法について開示していない。
【０００５】
具体的な製品の評価方法としては、たとえば、専用の治具を用いて評価する方法がある。この方法では、治具上に定義された所望の製品の形状と、実際に生産され治具上に位置決めされた製品の形状とを比較し、その誤差で製品の品質を評価している。形状の比較は、それぞれの形状を点群として表した立体形状を用いて行なわれ、治具の位置決めに基づく点群の座標同士を比較することによって行なわれる。そして、評価結果に基づいて製品の修正が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記技術では、所望の製品の立体形状と生産された製品を測定して得た立体形状に基づいて、立体形状同士を重ね合わせて比較しているのではなく、治具上に位置決めされた立体形状で比較しているので、位置決めが正確に行われなければ計測器の計測精度がどんなに優れていても正しい計測を行うことができない。
【０００７】
さらに、上記技術では、製品やすでに製品を組み立てたものについて計測し修正を行うことができるが、修正後の製品については再び組立を行って評価する必要がある。これでは、製品を修正するたびに、分解、組立を繰り返すことになり、作業効率の低下を招いてしまう。
【０００８】
また、上記技術では、製品と設備との関係が複雑なため、修正後の製品を生産するための設備の修正は、現場の技術者の経験や勘に頼らざるを得なかった。これでは、経験を持たない者には、部品の生産を行うことができず、作業効率が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、治具上に製品を正確に位置決めすることなく製品の評価をすることができ、分解、組立を繰り返すことなく製品の修正を行うことができ、製品生産設備の修正の経験をもたない者でも容易に設備の修正を行うことができる品質評価装置および品質評価方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１１】
（１）品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価装置であって、前記基準立体形状のデータを記憶した基準データ記憶手段と、前記計測立体形状のデータを作成する計測データ作成手段と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる重ね合わせ手段と、を有し、前記重ね合わせ手段は、予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、重ね合わせの基準となる少なくとも三つの基準点を定義する基準点定義手段と、前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記少なくとも三つの基準点に対応対象点を定義する対象点定義手段と、を有し、少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＸ座標値を有するようにし、残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＹ座標値を有するようにし、さらに残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＺ座標値を有するようにして、少なくとも三つの対象点が有するＸＹＺ座標値のうち六つの座標値を対応する基準点のＸＹＺ座標値と同一にすることを特徴とする品質評価装置。
（２）品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価装置であって、前記基準立体形状のデータを記憶した基準データ記憶手段と、前記計測立体形状のデータを作成する計測データ作成手段と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる重ね合わせ手段と、を有し、前記重ね合わせ手段は、予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、第１基準点、第２基準点、および第３基準点を定義する基準点定義手段と、前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記第１基準点に対応する第１対象点、前記第２基準点に対応する第２対象点、および前記第３基準点に対応する第３対象点を定義する対象点定義手段と、第１対象点が第１基準点に一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に平行移動させる移動手段と、前記第１基準点と前記第２基準点を結ぶ直線上であって第２基準点側に前記第２対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点を中心として回転させる第１回転手段と、前記第１基準点、前記第２基準点および前記第３基準点を含む平面上であって前記第３基準点側に前記第３対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点および前記第２対象点を結ぶ直線を回転軸として回転させる第２回転手段と、を含むことを特徴とする品質評価装置。
【００１２】
（３）前記基準立体形状のデータは、一つの部品の立体形状を示すデータである。
【００１３】
（４）前記基準立体形状のデータは、複数の部品によって組み立てられた状態の立体形状を示すデータである。
【００１６】
（５）前記重ね合わせ手段は、さらに、前記基準立体形状上であって各基準点から所定の範囲内の法線の平均を算出して各基準点の法線とし、全基準点の法線の平均を算出して全基準点の重心の法線とする法線設定手段を含み、前記重心の法線に対して平行に前記計測立体形状を移動させ、前記重心の法線と前記計測立体形状の交点を回転の中心として前記計測立体形状を相対的に回転させ、各基準点に対応する各対象点の誤差の合計の最小値を算出し、前記誤差の合計の最小値が所定の値より小さくなったときの計測立体形状の前記重心の法線上の位置を最適位置として、前記計測立体形状を前記基準立体形状に重ね合わせる。
【００１７】
（６）前記重ね合わせ手段は、前記誤差の合計の最小値を、前記重心の法線上に設定される任意の中心点と、前記重心の法線上で前記中心点からそれぞれ反対方向に所定の距離を介して配置される最大点および最小点との三点で算出し、前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が、所定の値より小さい場合、当該中心点を前記最適位置とし、前記中心点で算出した前記誤差の合計の最小値が、所定の値より大きい場合、前記最大点で算出した誤差の合計の最小値と、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値とを比較し、前記最大点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最小点とし、前記新たな最小点と前記最大点との中間を新たな中心点とし、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最大点とし、前記新たな最大点と前記最小点と中間を新たな中心点とする。
【００１８】
（７）前記重ね合わせ手段は、前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が前記所定の値より小さくなるまで、（６）に記載の動作を繰り返す
【００１９】
（８）前記重ね合わせ手段によって重ね合わされた前記基準立体形状と前記計測立体形状とを比較する比較手段をさらに有する。
【００２０】
（９）前記製品を生産する生産設備の立体形状を示す設備立体形状のデータを記憶する記憶手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記計測立体形状のデータを修正する修正手段と、修正された前記計測立体形状のデータと一致する製品が生産されるように、前記設備立体形状のデータの修正する設備データ修正手段とをさらに有する。
【００２１】
（１０）前記設備データ修正手段によって修正された前記設備立体形状のデータに基づいて設備の修正を指示する設備修正指示データを作成する作成手段と、前記設備修正指示データに基づいて修正指示を表示する表示手段とをさらに有する。
【００２２】
（１１）  品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価方法であって、前記基準立体形状のデータを記憶する工程と、前記計測立体形状のデータを作成する工程と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる工程と、を有し、前記重ね合わせる工程は、予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、重ね合わせの基準となる三つの基準点を定義する工程と、前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記六つの基準点に対応する三つの対象点を定義する工程と、を有し、少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＸ座標値を有するようにし、残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＹ座標値を有するようにし、さらに残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＺ座標値を有するようにして、少なくとも三つの対象点が有するＸＹＺ座標値のうち三つの座標値を対応する基準点のＸＹＺ座標値と同一にすることを特徴とする品質評価方法。
（１２）品質評価基準となる基準立体形状と、生産された製品を計測して得られた計測立体形状とを比較することで、製品の品質を向上させるための品質評価方法であって、前記基準立体形状のデータを記憶する工程と、前記計測立体形状のデータを作成する工程と、前記計測立体形状と前記基準立体形状とを重ね合わせる工程と、を有し、前記重ね合わせる工程は、予め決められた三次元座標上に配置された前記基準立体形状上に、第１基準点、第２基準点、および第３基準点を定義する工程と、前記三次元座標上に配置された前記計測立体形状上に、前記第１基準点に対応する第１対象点、前記第２基準点に対応する第２対象点、および前記第３基準点に対応する第３対象点を定義する工程と、第１対象点が第１基準点に一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に平行移動させる工程と、前記第１基準点と前記第２基準点を結ぶ直線上であって第２基準点側に前記第２対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点を中心として回転させる工程と、前記第１基準点、前記第２基準点および前記第３基準点を含む平面上であって前記第３基準点側に前記第３対象点が一致するように、前記計測立体形状を前記基準立体形状に対して相対的に、前記第１対象点および前記第２対象点を結ぶ直線を回転軸として回転させる工程と、を含むことを特徴とする品質評価方法。
【００２３】
（１３）前記基準立体形状のデータは、一つの部品の立体形状を示すデータである。
【００２４】
（１４）前記基準立体形状のデータは、複数の部品によって組み立てられた状態の立体形状を示すデータである。
【００２７】
（１５）前記重ね合わせる工程は、さらに、前記基準立体形状上であって各基準点から所定の範囲内の法線の平均を算出して各基準点の法線とし、全基準点の法線の平均を算出して全基準点の重心の法線とする工程を含み、前記重心の法線に対して平行に前記計測立体形状を移動させ、前記重心の法線と前記計測立体形状の交点を回転の中心として前記計測立体形状を相対的に回転させ、各基準点に対応する各対象点の誤差の合計の最小値を算出し、前記誤差の合計の最小値が所定の値より小さくなったときの計測立体形状の前記重心の法線上の位置を最適位置として、前記計測立体形状を前記基準立体形状に重ね合わせる。
【００２８】
（１６）前記重ね合わせる工程は、前記誤差の合計の最小値を、前記重心の法線上に設定される任意の中心点と、前記重心の法線上で前記中心点からそれぞれ反対方向に所定の距離を介して配置される最大点および最小点との三点で算出し、前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が、所定の値より小さい場合、当該中心点を前記最適位置とし、前記中心点で算出した前記誤差の合計の最小値が、所定の値より大きい場合、前記最大点で算出した誤差の合計の最小値と、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値とを比較し、前記最大点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最小点とし、前記新たな最小点と前記最大点との中間を新たな中心点とし、前記最小点で算出した誤差の合計の最小値の方が小さい場合、前記中心点を新たな最大点とし、前記新たな最大点と前記最小点と中間を新たな中心点とする。
【００２９】
（１７）前記重ね合わせる工程は、前記中心点で算出した誤差の合計の最小値が前記所定の値より小さくなるまで、（１６）に記載の動作を繰り返す。
【００３０】
（１８）前記重ね合わせる工程において重ね合わされた前記基準立体形状と前記計測立体形状とを比較する工程をさらに有する。
【００３１】
（１９）前記製品を生産する生産設備の立体形状を示す設備立体形状のデータを記憶する工程と、前記比較工程における比較結果に基づいて、前記計測立体形状のデータを修正する工程と、修正された前記計測立体形状のデータと一致する製品が生産されるように、前記設備立体形状のデータの修正する工程と、をさらに有する。
【００３２】
（２０）前記設備立体形状のデータを修正する工程において修正された前記設備立体形状のデータに基づいて設備の修正を指示する設備修正指示データを作成する工程と、前記設備修正指示データに基づいて修正指示を表示する工程とをさらに有する。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１および請求項１１に記載の発明は、基準立体形状と、計測立体形状とを、直接重ね合わせるので、それらを正確かつ容易に比較しやすくなる。特に、三次元座標上の基準立体形状上に基準点を定義し、さらに、同三次元座標上の計測立体形状上に対象点を定義するので、対応する基準点と対象点とを一致させることによって、正確に基準立体形状と計測立体形状との重ね合わせを行うことができる。
請求項２および請求項１２に記載の発明は、特に、三次元座標上の基準立体形状上に三点の基準点を定義し、さらに、同三次元座標上の計測立体形状上に三点の対象点を定義するので、対応する基準点と対象点とを一致させることによって、正確に基準立体形状と計測立体形状との重ね合わせを行うことができる。
【００３４】
請求項３および請求項１３に記載の発明は、単体の部品の立体形状について品質の評価を行うことができる。
【００３５】
請求項４および請求項１４に記載の発明は、複数の部品によって組み立てられた立体形状について品質の評価を行うことができる。
【００３８】
請求項５および請求項１５に記載の発明は、重心の法線上で計測立体形状を移動させながら、重心の法線と計測立体形状との交点を中心として計測立体形状を回転させ、対象点と基準点との誤差の合計の最小値を算出していくので、対象点と基準点の誤差の合計の最小値が所定の値より小さくなる程度まで、正確に基準立体形状と計測立体形状との重ね合わせを行うことができる。
【００３９】
請求項６および請求項１６に記載の発明は、中心点、最小点、最大点のそれぞれ三点に計測立体形状が交わっているときの、誤差の合計の最小値を算出し、中心点で交わっているときの誤差の合計の最小値が所定の値より小さいとき、当該中心点を最適位置とし、それ以外の場合は、最大点側または最小点側に範囲を絞って、新たに最小点または最大点、および中心点を定義するので、重心の法線上において効率的に計測立体形状の最適位置を見つけ出すことができる。
【００４０】
請求項７および請求項１７に記載の発明は、最適位置を見つけ出すまで、新たな最小点または最大点、および中心点の定義を行い続け、最適位置を見つけ出すために範囲の絞りこみを行うので、重心の法線上において効率的に計測立体形状の最適位置を見つけ出すことができる。
【００４１】
請求項８および請求項１８に記載の発明は、基準立体形状と計測立体形状とを比較することができる。
【００４２】
請求項９および請求項１９に記載の発明は、比較結果に基づいて、計測立体形状のデータを修正することができ、修正された計測立体形状のデータと一致する製品が生産されるように設備立体形状のデータを修正することができる。
【００４３】
請求項１０および請求項２０に記載の発明は、修正された設備立体形状のデータに基づいて設備修正指示データを作成し、当該設備修正指示データに基づく修正指示を表示するので、視覚的に修正指示を行うことができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００４５】
図１は、品質評価装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００４６】
当該品質評価装置１００は、ＣＡＤシステム１０２と、品質基準作成システム１０４と、設備ＣＡＤシステム１０６と、部品形状記憶装置１０８と、品質基準記憶装置１１０と、設備データ記憶装置１１２と、計測結果記憶装置１１６と、重ね合わせサブシステム１１８と、精度解析サブシステム１２０と、データ修正サブシステム１２２と、設備修正指示サブシステム１２８と、計測装置１１４と、成形シミュレータ１２４と、組立シミュレータ１２６と、生産設備１３０とを有する。
【００４７】
ＣＡＤシステム１０２は、生産する製品（部品および複数の部品を組み立てた状態を含む）の基準状態を設計するために使用される。また、ＣＡＤシステム１０２は、設計に基づいて、生産する製品の基準状態を点群として表現した基準立体形状のデータを作成する。以下では、ＣＡＤシステム１０２で作成された基準立体形状のデータを基準データという。この基準データは、製品形状記憶装置１０８に記憶される。
【００４８】
品質基準作成システム１０４は、生産された製品が一定の品質を満たすかどうかを判断するための評価の基準となる品質基準を作成するために使用される。なお、品質基準は、生産された製品の基準データに対する差異の許容値として作成される。作成された品質基準は、品質基準記憶装置１１０に記憶される。
【００４９】
設備ＣＡＤシステム１０６は、製品を生産する設備の形状（たとえば、圧型など）を設計するために使用され、生産設備の立体形状のデータを作成する。作成された設備形状データは、設備データ記憶装置１１２に記憶される。また、製品を生産するために使用される設備の順番も設備データ記憶装置１１２に記憶される。以下では、設備ＣＡＤシステム１０６で作成された生産設備の立体形状のデータと、使用される設備の順番の情報とをまとめて設備データという。
【００５０】
計測装置１１４は、生産された製品の立体形状を計測し、計測結果に基づいて、製品の立体形状を点群として表現した計測立体形状のデータを作成する。以下では、計測装置１１４で作成された計測立体形状のデータを計測データという。この計測データは、計測結果記憶装置１１６に記憶される。なお、計測装置１１４は、レーザ光を用いて非接触で計測する方式、あるいはプローブを接触させて計測する方式等種々あるが、公知の装置であるので詳細説明は省略する。
【００５１】
重ね合わせサブシステム１１８は、製品形状記憶装置１０８に記憶されている基準データと計測結果記憶装置１１６に記憶されている計測データとを比較するために、計測立体形状を基準立体形状に重ね合わせる。
【００５２】
精度解析サブシステム１２０は、重ね合わせサブシステム１１８において重ね合わされた計測立体形状と基準立体形状とを解析し、品質基準を満たしているかどうかを判断する。
【００５３】
データ修正サブシステム１２２は、精度解析サブシステム１２０によって製品の品質基準が満たされていないと判断された場合、精度解析サブシステム１２０の解析および判断に基づいて、設備データを修正する。
【００５４】
成形シミュレータ１２４は、修正された設備データによって生産される製品が品質基準を満たすかどうかをシミュレートして判断する。
【００５５】
組立シミュレータ１２６は、修正された設備データによって生産される製品がこれから組み立てられる部品である場合、当該修正された計測データを使用して、組立が行われた状態をシミュレートし、組立が品質基準を満たすかどうかを判断する。
【００５６】
設備修正指示サブシステム１２８は、成形シミュレータ１２４または組立シミュレータ１２６によって品質基準が満たされていると判断された場合、実際に設備を修正するための修正指示を作成する。ここで、修正指示は、設備データ記憶装置１１２に記憶されている設備の形状などの修正を指示するため情報である。
【００５７】
生産設備１３０は、設備データ記憶装置１１２に記憶されている設備データに基づいて、実際に部品を生産し、組み立てる。
【００５８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、品質評価装置１００が単一の部品である製品の品質を評価する動作について説明する。
【００５９】
図２は、製品（単一の部品）の品質を評価するときの品質評価装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００６０】
最初に、部品の基準となる立体形状を示す基準データがＣＡＤシステム１０２に入力され、入力された基準データが製品形状記憶装置１０８に記憶される（ステップＳ２０１）。そして、部品の品質基準が品質基準作成システム１０４に入力され、入力された品質基準が品質基準記憶装置１１０に記憶される（ステップＳ２０２）。さらに、実際に生産された部品が計測装置１１４で計測され、計測結果に基づいて計測データが作成され、作成された計測データが計測結果記憶装置１１６に記憶される（ステップＳ２０３）。
【００６１】
次に、ＣＡＤデータで表現された設備の形状を示す設備データが設備ＣＡＤシステム１０６に入力され、入力された設備データが設備データ記憶装置１１２に記憶される（ステップＳ２０４）。
【００６２】
そして、基準データと計測データを比較するために、基準データに基づく基準立体形状と計測データに基づく計測立体形状が、重ね合わせサブシステム１１８で重ね合わされる（ステップＳ２０５）。基準立体形状と計測立体形状が重ね合わされることによって、計測立体形状の基準立体形状に対する誤差が算出され、当該誤差を有する部品が品質基準を満たすかどうかが精度解析サブシステム１２０で評価される（ステップＳ２０６）。
【００６３】
部品が品質基準を満たすと評価された場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、所望の部品が生産されていることになるので、そのまま部品の品質評価が終了される。一方、部品が品質基準を満たさないと評価された場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、所望の部品が生産されていないことになるので、当該部品を生産する設備を修正するために、設備の修正指示データがデータ修正サブシステム１２２で作成される（ステップＳ２０８）。なお、修正指示データは、算出された誤差に基づいて作成され、所望の製品を生産するために設備をどのように修正すればよいかを指示するためのデータである。
【００６４】
設備データと作成された修正指示データに基づいて、成形シミュレータ１２４で設備データが修正され、修正後の設備データを使用して生産される部品がシミュレートされる（ステップＳ２０９）。
【００６５】
シミュレートされた部品が品質基準を満たしている場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、修正指示データに基づけば所望の部品を生産できるので、作成された修正指示データが表示される（ステップＳ２１１）。作業者は、表示された修正指示データに基づいて生産設備の変更および修正を検討することができる。
【００６６】
一方、シミュレートされた部品が品質基準を満たしていない場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、修正指示データに基づいても所望の部品を生産することができないので、修正指示データを作成するためのシミュレーションのパラメータが変更され（ステップＳ２１２）、ステップＳ２０８からの動作が繰り返される。
【００６７】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、品質評価装置１００が複数の部品を組み立ててできた製品の品質を評価する動作について説明する。
【００６８】
図３は、製品（複数の部品が組み立てられたもの）の品質を評価するときの品質評価装置１００の動作を示すフローチャートであり、図４は、図３における設備修正処理の流れを示すフローチャートである。
【００６９】
最初に、複数の部品の基準となる立体形状を示す基準データおよび当該複数の部品を組み立ててできた製品の立体形状を示す基準データがＣＡＤシステム１０２に入力され、入力された基準データが製品形状記憶装置１０８に記憶される（ステップＳ３０１）。そして、製品の品質基準が品質基準作成システム１０４に入力され、入力された品質基準が品質基準記憶装置１１０に記憶される（ステップＳ３０２）。さらに、ＣＡＤデータで表現された設備の形状を示す設備データが設備ＣＡＤシステム１０６に入力され、入力された設備データが設備データ記憶装置１１２に記憶される（ステップＳ３０３）。
【００７０】
次に、実際に生産された複数の部品および当該部品を組み立ててできた製品の形状が計測装置１１４で計測され、計測結果に基づいて計測データが作成され、作成された計測データが計測結果記憶装置１１６に記憶される（ステップＳ３０４）。
【００７１】
そして、製品の基準データと製品の計測データを比較するために、基準データに基づく基準立体形状と計測データに基づく計測立体形状が、重ね合わせサブシステム１１８で重ね合わされる（ステップＳ３０５）。基準立体形状と計測立体形状が重ね合わされることによって、計測立体形状の基準立体形状に対する誤差が算出され、当該誤差を有する製品が品質基準を満たすかどうかが精度解析サブシステム１２０で評価される（ステップＳ３０６）。
【００７２】
製品が品質基準を満たさないと評価された場合（ステップＳ３０７：ＮＯ）、所望の製品が組み立てられていないので、当該製品を構成する各部品の計測データについての品質が精度解析サブシステム１２０で評価され（ステップＳ３０８）、評価結果に基づいてデータ修正サブシステム１２２で部品の計測データが品質基準を満たすように修正される（ステップＳ３０９）。そして、修正された部品の計測データを使用した仮想的な組立が組立シミュレータ１２６で実行され、当該仮想的な組立に基づいて新たな製品の計測データが作成される（ステップＳ３１０）。作成された計測データに基づいてステップＳ３０４からの処理が繰り返される。
【００７３】
一方、製品が品質基準を満たすと評価された場合（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）、データ上では所望の組立が行われているので、当該製品の品質基準を満たすために部品の計測データが修正されているかどうかが判断される（ステップＳ３１１）。
【００７４】
部品の計測データが修正されている場合（ステップＳ３１１：ＹＥＳ）、計測データに合った部品を生産するために、設備修正処理が実行される（ステップＳ３１２）。設備修正処理は、図４に示す手順で実行される。
【００７５】
次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、設備修正処理について説明する。
【００７６】
修正された計測データが計測結果記憶装置１１６に記憶される（ステップＳ４０１）。そして、修正された部品の計測データおよび設備データに基づいて、当該修正された部品を生産するための設備を修正するための修正指示データがデータ修正サブシステム１２２で作成される（ステップＳ４０２）。
【００７７】
設備データと作成された修正指示データに基づいて、成形シミュレータ１２４で設備データが修正され、修正後の設備データに基づいて生産される部品がシミュレートされる（ステップＳ４０３）。
【００７８】
シミュレートされた部品が品質基準を満たしている場合（ステップＳ４０４：ＹＥＳ）、修正指示データに基づけば所望の部品を生産できるので、作成された修正指示データが表示される（ステップＳ４０５）。作業者は、表示された修正指示データに基づいて生産設備の変更および修正を検討することができる。
【００７９】
一方、シミュレートされた部品が品質基準を満たしていない場合（ステップＳ４０４：ＮＯ）、修正指示データに基づいても所望の部品を生産することができないので、修正指示データを作成するためのシミュレーションのパラメータが変更され（ステップＳ４０６）、ステップＳ４０２からの動作が繰り返される。
【００８０】
以上、各実施の形態で説明したように、品質評価装置１００は、基準立体形状と計測立体形状とを直接重ね合わせるので、それらを正確かつ容易に比較することができる。また、品質評価装置１００は、製品の品質を評価して、製品が所望の品質基準を満たすように、設備の修正を行うことができる。さらに、品質評価装置１００は、生産設備の修正をシミュレートすることができるので、実際に生産設備を修正する回数を大幅に減らし、所望の部品が生産できるまでの時間を短縮することができる。
【００８１】
次に、各実施の形態で説明した、Ａ．重ね合わせサブシステム１１８、Ｂ．精度解析サブシステム１２０、Ｃ．データ修正サブシステム１２２およびＤ．設備修正指示サブシステム１２８の動作をそれぞれ具体的に説明する。
【００８２】
Ａ．重ね合わせサブシステム。
【００８３】
最初に、重ね合わせサブシステム１１８について説明する。重ね合わせサブシステム１１８は、図２に示したフローチャートのステップＳ２０５または図３に示したフローチャートのステップＳ３０５において、基準データと計測データを比較するために、基準立体形状と計測立体形状を重ね合わせる。
【００８４】
基準立体形状と計測立体形状を重ね合わせる方法として、二種類の方法がある。一つは、６軸合わせ方法と称することとする。もう一つは、平面重ね合わせ方法と称することとする。重ね合わせサブシステム１１８は、当該二種類の方法のどちらを用いて重ね合わせてもよい。以下、重ね合わせサブシステム１１８の動作を、▲１▼６軸合わせ方法、▲２▼平面重ね合わせ方法の順に説明する。
【００８５】
▲１▼６軸合わせ方法（重ね合わせサブシステム）。
【００８６】
６軸合わせ方法は、予め決められた三次元座標上に配置された基準立体形状上に設けられた基準点に、当該基準点に対応し同三次元座標上に配置された計測立体形状上に設けられた対象点を一致させることによって、基準立体形状と計測立体形状とを重ね合わせる方法である。
【００８７】
図５は、６軸合わせの手順を示すフローチャートである。また、図６は対象点が軸に一致していない状態を示す図、図７は６軸合わせの１〜３軸目までの一致を示す図、図８は６軸合わせの４、５軸目の一致を示す図、図９は６軸合わせの４、５軸目の一致を示す図である。図１０は、基準点とその座標値を示す図、図１１は、軸合わせ指示情報の内容を示す図である。
【００８８】
図５に示すフローチャートに入る前提として、図２および図３に示すように、製品の基準データと計測データがすでに入力されている。
【００８９】
まず、重ね合わせサブシステム１１８は、基準立体形状を三次元座標上に配置し、当該基準立体形状上の６つの基準点Ｐ１〜Ｐ６を認識する（ステップ５０１）。基準点Ｐ１〜Ｐ６は、予め基準立体形状上に設けられており、製品の精度を保持したい部分である。６つの各基準点Ｐ１〜Ｐ６の座標値は、基準データに含まれており、図１０に示すように基準点Ｐ１〜Ｐ６とその座標値が記憶される。
【００９０】
そして、三次元座標上に配置された計測立体形状上において、６つの基準点に対応する６つの対象点Ｑ１〜Ｑ６（図６参照）が指定される（ステップＳ５０２）。ここで、対象点の指定は、予め製品の精度を保持したい部分に付けてある印、たとえば、小さな穴、くぼみ、ボルトなどに基づいて行われる。指定された対象点Ｑ１は基準点Ｐ１に、Ｑ２はＰ２に、Ｑ３はＰ３に、Ｑ４はＰ４に、Ｑ５はＰ５に、Ｑ６はＰ６に対応する点である。そして、指定された対象点Ｑ１〜Ｑ６とその座標値が、それぞれ記憶される。記憶された対象点Ｑ１〜Ｑ６は、三次元ＸＹＺ空間に図６に示すように表現される。なお、基準点Ｐ１〜Ｐ６は基準立体形状、対象点Ｑ１〜Ｑ６は計測立体形状上の点なので、相対的な位置関係は変化しない。
【００９１】
次に、軸合わせ指示情報が入力される（ステップＳ５０３）。軸合わせ指示情報とは、対象点Ｑ１〜Ｑ６をそれぞれ基準点Ｐ１〜Ｐ６とどの軸で一致させるかを指定する情報である。軸合わせ指示情報は、たとえば図１１に示すように記憶される。ここで、対象点Ｑ１の行について見ると、重ね合わせ対象軸としてＸ軸が指定され、合わせ座標値としてｘ１が指定されている。これは、対象点Ｑ１が、基準点Ｐ１のＸ座標値と一致し、そのＸ座標値はＸ＝ｘ１であることを意味する。また、たとえば、対象点Ｑ４は、基準点Ｐ４のＹ座標値と一致し、そのＹ座標値はＹ＝ｙ４であることを意味する。
【００９２】
入力された軸合わせ指示情報に基づいて、対象点Ｑ１のＸ座標値が基準点Ｐ１のＸ座標値に一致するように、対象点Ｑ１〜Ｑ６の平行移動（図７参照）が行われる（ステップＳ５０４）。
【００９３】
そして、軸合わせ指示情報に基づいて、対象点Ｑ２が基準点Ｐ２のＸ座標値に一致するように、さらに、対象点Ｑ３が基準点Ｐ３のＸ座標値に一致するように対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動（図７参照）が行われる（ステップＳ５０５）。ここでは、まず、対象点Ｑ１の位置を固定して、対象点Ｑ２のＸ座標値が基準点Ｐ２のＸ座標値に一致するように、対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動が行われる。すなわち、点Ｑ１を中心とする半径｜Ｑ２−Ｑ１｜の球体とＸ＝ｘ２を満たすＹＺ平面との交点に点Ｑ２が移動するように、対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動が行われる。そして、Ｘ＝ｘ２のＹＺ平面上に円形に現れる、ＹＺ平面と球体との交点のうち、適当な点が選択される。適当な点とは、Ｑ１と移動したＱ２を結ぶ直線を回転軸として対象点Ｑ１〜Ｑ６を回転させた場合にＱ３のＸ座標値とＰ３のＸ座標値が一致できる点である。そして、Ｑ１とＱ２を結ぶ直線を回転軸として回転させたときの対象点Ｑ３の軌道とＸ＝ｘ３を満たすＹＺ平面との交点は、通常、図７に示す交点７０１および交点７０２のように二点ある。二点のうちの交点７０１を含む方の対象点Ｑ１〜Ｑ６については図７に示し、交点７０２を含む方については図８に示す。
【００９４】
次に、対象点Ｑ４が基準点Ｐ４のＹ座標値に一致するように対象点Ｑ１〜Ｑ６の平行移動（図８、９参照）が行われる（ステップＳ５０６）。
【００９５】
そして、対象点Ｑ１〜Ｑ３についてはＸ座標値が変化しないように、対象点Ｑ４についてはＹ座標値が変化しないように、対象点Ｑ５のＹ座標値を基準点Ｐ５のＹ座標値に一致させるために、Ｙ＝ｙ４、Ｚ＝０を満たすＸ軸に平行な直線を回転軸として対象点Ｑ１〜Ｑ６を回転させ、対象点Ｑ５のＹ座標値を基準点Ｐ５のＹ座標値に一致させる（ステップＳ５０７）。ここで、対象点Ｑ５の回転の軌跡とＹ＝ｙ５を満たすＸＺ平面との交点は、通常２点になる。この２点は、図８では交点８０１および交点８０２、図９では交点９０１および交点９０２として示される。したがって、ここまでで、対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動パターンには、交点８０１を含むパターンと、交点８０２を含むパターンと、交点９０１を含むパターンと、交点９０２を含むパターンとの４パターンが存在することになる。
【００９６】
そして、対象点Ｑ１〜Ｑ３についてはＸ座標値が変化しないように、対象点Ｑ４、Ｑ５についてはＹ座標値が変化しないように、対象点Ｑ６のＺ座標値を基準点Ｐ６のＺ座標値に一致させる（ステップＳ５０８）。ここでは、対象点Ｑ６のＺ座標値がＺ＝ｚ６になるように、対象点Ｑ１〜Ｑ６をＺ軸に平行に移動させる。ステップＳ５０７での対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動結果からわかるように、軸合わせ指示情報を満たす対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動は最大４パターン存在する。しかし、実際に計測データが基準データに重ね合わされているのは、１パターンのみである。
【００９７】
最後に、計測立体形状が基準立体形状に重ね合わされている適切なパターンが対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動結果４パターンから選択される（ステップＳ５０９）。ここで、移動後の対象点Ｑ１〜Ｑ６の座標値と、基準点Ｐ１〜Ｐ６の座標値とを比較して、誤差の合計が最も小さなものが適切なパターンとして選択されることができる。または、基準立体形状、および対象点Ｑ１〜Ｑ６の移動に伴って移動する計測立体形状を画面に表示し、ユーザの目視によって、適切なパターンが選択されてもよい。
【００９８】
以上のように、対象点Ｑ１〜Ｑ６を、対応する基準点Ｐ１〜Ｐ６のＸ座標値、Ｙ座標値またはＺ座標値のいずれかと一致させることによって、計測立体形状を基準立体形状に重ね合わせることができる。
【００９９】
しかし、計測立体形状の基準立体形状への重ね合わせは、基準点と対象点がそれぞれ６点なくても行うことができる。たとえば、基準点Ｐ１〜Ｐ５と当該基準点Ｐ１〜Ｐ５に対応する対象点Ｑ１〜Ｑ５を設け、対象点Ｑ１を基準点Ｐ１のＹ座標値とＺ座標値に一致させ、対象点Ｑ２を基準点Ｐ２のＺ座標値に一致させ、対象点Ｑ３を基準点Ｐ３のＸ座標値に一致させ、対象点Ｑ４を基準点Ｐ４のＸ座標値に一致させ、対象点Ｑ５を基準点Ｐ５のＸ座標値に一致させることによっても、計測立体形状を基準立体形状に重ね合わせることができる。
【０１００】
言い換えれば、少なくとも３点の基準点と対応する対象点があり、少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＸ座標値を有するようにし、残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＹ座標値を有するようにし、さらに残りの少なくとも一つの対象点を対応する基準点と同じＺ座標値を有するようにして、少なくとも三つの対象点が有するＸＹＺ座標値のうち六つの座標値を対応する基準点のＸＹＺ座標値と同一にすれば、計測立体形状を基準立体形状に重ね合わせることができる。
【０１０１】
なお、軸合わせ指示情報は、重ね合わせサブシステム１１８が有するコンピュータ上で入力される。軸合わせ指示情報を入力する場合、ユーザは、図１２に示すような画面を見ながら軸合わせ指示情報などを入力する。
【０１０２】
図１２は、軸合わせ指示情報の入力画面を示す図である。ユーザは、対象点の座標を基準点のどの座標値と一致させるかを、図１２に示す表示１２０１で指定する。たとえば、図１２の表示１２０１では、対象点Ｑ１は基準点Ｐ１のＹ座標値とＺ座標値に一致するように指定されている。また、対象点Ｑ６は、基準点Ｐ６のどの座標値とも一致するように指定されていない。そして、表示１２０１の上の表示１２０２では、表示１２０１での指定に基づいて、対象点に一致される基準点の各座標値が入力される。また、計測データに基づいて移動前の対象点の各座標値も表示１２０２に表示される。図１２の表示１２０２では、対象点ごとに、一致される基準点の座標が上に、移動前の対象点の座標が下に表示される。
【０１０３】
そして、対象点を移動した結果は、前述の通り最大４パターン存在するので、結果数と結果表示ボタン１２０３が表示される。結果表示のボタンをクリックすると、画面に計算結果が表示される。たとえば、結果表示のボタン「３」をクリックすると、図１３に示すような軸合わせ結果表示画面が表示される。図１３では、対象点ごとに、対象点の移動前と移動後の座標と、当該対象点の移動先とされる基準点の座標とが表示される。
【０１０４】
さらに図１３に示す軸合わせ結果表示画面において、座標変換実行ボタン１３０１をクリックすると、図１４に示すように、ＣＡＤ上で計測データの座標変換（移動）を見ることができる。計測データが移動して基準データに重ね合わされた場合、図１５に示すようになる。
【０１０５】
以上のように、重ね合わせサブシステム１１８は、６軸合わせ方法を実行する。したがって、基準立体形状上の基準点と計測立体形状上の対象点とを一致させることによって計測立体形状が基準立体形状に重ね合わされるので、正確に重ね合わせをすることができる。
【０１０６】
Ｂ．平面重ね合わせ方法（重ね合わせサブシステム）。
【０１０７】
次に、重ね合わせサブシステム１１８のもう一つの重ね合わせ方法である平面重ね合わせ方法を説明する。
【０１０８】
平面重ね合わせ方法は、計測立体形状および基準立体形状上に３点ずつ定義し、当該３点同士を一致させるように計測立体形状を移動させることによって、計測データを基準データに重ね合わせる。つまり、この方法では、図１６に示すように、計測立体形状上に定義された対象点Ｑ１〜Ｑ３が基準立体形状上に定義された基準点Ｐ１〜Ｐ３に一致させられる。
【０１０９】
重ね合わせサブシステム１１８が、対象点Ｑ１〜Ｑ３を基準データＰ１〜Ｐ３に一致させる手順を図１７、図１８、図１９および図２０を参照して説明する。
【０１１０】
図１７は重ね合わせサブシステム１１８が、対象点Ｑ１〜Ｑ３を基準点Ｐ１〜Ｐ３に一致させる手順を示すフローチャート、図１８は対象点Ｑ１を基準点Ｐ１に一致させる状態を示す図、図１９は対象点Ｑ２を基準点Ｐ２に一致させる状態を示す図、図２０は対象点Ｑ３を基準点Ｐ３に一致させる状態を示す図である。
【０１１１】
図１７に示すフローチャートに入る前提として、図２および図３に示すように、製品の基準データと計測データがすでに入力されている。
【０１１２】
まず、重ね合わせサブシステム１１８は、基準立体形状を三次元座標上に配置し、基準立体形状上の３つの基準点Ｐ１〜Ｐ３を認識する（ステップ１７０１）。基準点Ｐ１〜Ｐ３は、予め基準立体形状上に設けられており、製品の精度を保持したい部分である。３つの各基準点Ｐ１〜Ｐ３の座標値は、基準データに含まれており、基準点Ｐ１〜Ｐ３とその座標値が記憶される。
【０１１３】
そして、計測立体形状上において、３つの基準点に対応する３つの対象点Ｑ１〜Ｑ３（図１６参照）が指定される（ステップＳ１７０２）。ここで、対象点の指定は、予め製品の精度を保持したい部分に付けてある印、たとえば、小さな穴、くぼみ、ボルトなどに基づいて行われる。指定された対象点Ｑ１は基準点Ｐ１に、Ｑ２はＰ２に、Ｑ３はＰ３に対応する点である。そして、指定された対象点Ｑ１〜Ｑ３とその座標値が、それぞれ記憶される。記憶された対象点Ｑ１〜Ｑ３は、三次元ＸＹＺ空間に図１６に示すように表現され、それぞれの相対的な位置関係は変化しない。
【０１１４】
対象点Ｑ１が基準点Ｐ１に一致するように、対象点Ｑ１〜Ｑ３の平行移動（図１８参照）が行われる（ステップＳ１７０３）。
【０１１５】
次に、対象点Ｑ１を中心として対象点Ｑ１〜Ｑ３を回転させ、対象点Ｑ２を基準点Ｐ２に一致（図１９参照）させる（ステップＳ１７０４）。ここで、対象点Ｑ２と基準点Ｐ２が、完全には一致しない場合、基準点Ｐ１とＰ２を結ぶ直線上でＰ２の近くにＱ２を移動させる。
【０１１６】
さらに、対象点Ｑ１と対象点Ｑ２を結ぶ直線を軸として、対象点Ｑ３を回転させ、対象点Ｑ３を基準点Ｐ３に一致（図２０参照）させる（ステップＳ１７０５）。ここで、対象点Ｑ３と基準点Ｐ３が、完全には一致しない場合、基準点Ｐ１〜Ｐ３を含む基準平面上で基準点Ｐ３の近くに対象点Ｑ３を移動させる。
【０１１７】
最後に、対応付けられている基準点と対象点の誤差の合計が最も小さくなるように、形状位置合わせが実行される（ステップＳ１７０６）。形状位置合わせは、具体的には、図２１に示す手順で実行される。
【０１１８】
以下、平面重ね合わせ方法における形状位置合わせの手順を詳細に説明する。
【０１１９】
図２１は、形状位置合わせの手順を示すフローチャートである。また、図２２は重ね合わされた計測データと基準データを示す図、図２３は基準データにおける基準点Ｐ１〜Ｐ３ごとのベクトルを示す図、図２４は形状位置合わせを説明するための図である。
【０１２０】
形状位置合わせでは、まず、各基準点Ｐ１〜Ｐ３のベクトルが算出される（ステップＳ２１０１）。ここで、各基準点Ｐ１〜Ｐ３のベクトルを算出するために、図２２に示すような各基準点Ｐ１〜Ｐ３を中心とする範囲Ｒ１〜Ｒ３が定義される。この範囲Ｒ１〜Ｒ３は、高い精度を保証したい基準点Ｐ１〜Ｐ３を中心として、任意の半径で、基準立体形状上に定義される。そして、定義された範囲Ｒ１〜Ｒ３において、その表面のベクトルの平均が算出され、基準点のベクトルとされる。たとえば、図２３で吹き出しに示すように、範囲Ｒ２の表面が湾曲している場合、範囲Ｒ２内で複数箇所のベクトル（法線）が算出され、複数箇所のベクトルの平均が、基準点Ｐ２のベクトルとされる。
【０１２１】
そして、ステップＳ２１０１で算出された各基準点Ｐ１〜Ｐ３の平均をとった平均ベクトルＮが算出される（ステップＳ２１０２）。
【０１２２】
次に、中心点Ｇ０が算出される（ステップＳ２１０３）。ここで、最初は、図２３に示すように、基準点Ｐ１〜Ｐ３によって定義される三角形の重心が、中心点Ｇ０とされる。そして、ステップＳ２１０２で算出された平均ベクトルＮが、中心点Ｇ０を通るように配置される。
【０１２３】
さらに、図２４に示すように、平均ベクトルＮ上に、中心点Ｇ０から任意の距離に最小点Ｇ１と最大点Ｇ２が定義される（ステップＳ２１０４）。
【０１２４】
そして、平均ベクトルＮに沿って中心点Ｇ０と交差する場所まで計測立体形状が平行移動させられ、当該中心点Ｇ０を中心として回転させられ、対象点Ｑ１〜Ｑ３の基準点Ｐ１〜Ｐ３に対する各誤差の合計が最小になるときの最小合計誤差Ｌ０が算出される（ステップＳ２１０５）。
【０１２５】
次に、最小合計誤差Ｌ０の絶対値が、所定の最適化条件値εより小さいかどうかが判断される（ステップＳ２１０６）。ここで、最適化条件値εは、後述するようにユーザによって定義される値であって、基準点Ｐ１〜Ｐ３に対する対象点Ｑ１〜Ｑ３の誤差の合計で、位置合わせが正しく行われたことを許容する条件の値である。
【０１２６】
最小合計誤差Ｌ０の絶対値が最適化条件値εより小さい場合（ステップＳ２１０６：ＹＥＳ）、計測立体形状が基準立体形状に最適に位置合わせされていることになるので、形状位置合わせが終了される。
【０１２７】
一方、最小合計誤差Ｌ０の絶対値が最適化条件値εより小さくない場合（ステップＳ２１０６：ＮＯ）、平均ベクトルＮに沿って最小点Ｇ１と交差する場所まで計測立体形状が平行移動させられ、当該最小点Ｇ１を中心として回転させられ、対象点Ｑ１〜Ｑ３の基準点Ｐ１〜Ｐ３に対する各誤差の合計が最小になるときの最小合計誤差Ｌ１が算出される（ステップＳ２１０７）。
【０１２８】
また、平均ベクトルＮに沿って最大点Ｇ２と交差する場所まで計測立体形状が平行移動させられ、当該最大点Ｇ２を中心として回転させられ、対象点Ｑ１〜Ｑ３の基準点Ｐ１〜Ｐ３に対する各誤差の合計が最小になるときの最小合計誤差Ｌ２も算出される（ステップＳ２１０８）。
【０１２９】
そして、Ｇ１の位置での最小合計誤差Ｌ１の絶対値と、Ｇ２の位置での最小合計誤差Ｌ２の絶対値とが比較される（ステップＳ２１０９）。最小合計誤差Ｌ１の絶対値の方が小さい場合（ステップＳ２１０９：ＹＥＳ）、Ｇ２の位置がＧ０の位置に置き換えられ、最小合計誤差Ｌ２の値が最小合計誤差Ｌ０に置き換えられる（ステップＳ２１１０）。これは、最小合計誤差Ｌ１の絶対値の方が小さいため、計測立体形状を最適な位置に移動させるための範囲を、Ｇ１側に絞りこむために行われる。
【０１３０】
また、ステップＳ２１１０と同様の理由で、最小合計誤差Ｌ１の絶対値の方が大きい場合（ステップＳ２１０９：ＮＯ）、Ｇ１の位置がＧ０の位置に置き換えられ、最小合計誤差Ｌ１の値が最小合計誤差Ｌ０に置き換えられる（ステップＳ２１１１）。
【０１３１】
そして、Ｇ０の位置を新たなＧ１およびＧ２の位置の中間に置き換えるために、Ｇ０の値が、（Ｇ１＋Ｇ２）／２の計算結果に置き換えられ（ステップＳ２１１２）、新たなＧ０、Ｇ１、Ｇ２について再び計算するために、ステップＳ２１０５に戻る。
【０１３２】
以上のように、平面重ね合わせ方法の仕上げとして形状位置合わせが行われるので、対象点Ｑ１〜Ｑ３を単なる点の位置としてだけでなく周囲の面およびそのベクトルとの関係からも位置合わせすることができる。したがって、より正確に計測立体形状を基準立体形状に位置合わせすることができる。
【０１３３】
なお、計測立体形状が有する３つの対象点Ｑ１〜Ｑ３を基準立体形状が有する３つの基準点Ｐ１〜Ｐ３に一致させる様子は、ＣＡＤ上で立体形状として表示され、ユーザに示される。平面重ね合わせが行われるときに、ユーザが見る画面を順に説明する。図２５は最適化条件値εを設定する画面を示す図、図２６は重ね合わせ前の基準立体形状と計測立体形状が表示された画面を示す図、図２７は重ね合わせ後の基準立体形状と計測立体形状が表示された画面を示す図である。
【０１３４】
ユーザは、まず、図２５に示す画面を見る。ここで、▲１▼には、計測立体形状が表示され、▲２▼には基準立体形状上の基準点Ｐ１〜Ｐ３の座標が表示され、▲３▼には計測立体形状上の対象点Ｑ１〜Ｑ３の座標が表示される。なお、▲１▼、▲２▼、▲３▼の各表示の右上にある取得ボタンをユーザが選択すると、各データが取得される。なお、各データの取得は、通常、製品の計測結果などに基づいて取得されるが、ユーザが直接入力してもよい。
【０１３５】
さらに、ユーザは、▲４▼において、最適化条件値εを入力できる。そして、ユーザが実行ボタンを選択すると、最初に図２６に示す画面が表示される。
【０１３６】
図２６に示す画面において、計測立体形状は、前述の方法で重ね合わされ、最終的には図２７に示すように基準立体形状とほぼ同じ位置に重ね合わされる。図２６の状態から図２７の状態になるまでの、計測立体形状の変化をユーザは画面上で見ることができる。
【０１３７】
なお、平面重ね合わせ方法の仕上げとして実行される形状位置合わせは、６軸合わせ方法の仕上げとして実行されてもよい。
【０１３８】
Ｂ．精度解析サブシステム。
【０１３９】
次に、精度解析サブシステム１２０について説明する。
【０１４０】
精度解析サブシステム１２０は、重ね合わせサブシステム１１８において重ね合わされた計測立体形状の基準立体形状に対する形状間誤差を算出し、算出結果を画面に表示する。以下、形状間誤差の算出および算出結果の画面表示の手順を、図２８に示すフローチャートに従って説明する。
【０１４１】
図２８は、精度解析サブシステム１２０の動作を示すフローチャートである。
【０１４２】
最初に、重ね合わせサブシステム１１８によって重ね合わされた計測立体形状および基準立体形状が入力される（ステップＳ２８０１）。そして、入力された計測立体形状および基準立体形状がそれぞれ点群データに変換される（ステップＳ２８０２）。
【０１４３】
点群データとして変換された計測立体形状および基準立体形状に基づいて、基準立体形状に対する計測立体形状の形状間誤差が算出される（ステップＳ２８０３）。
【０１４４】
算出された形状間誤差に基づいて、当該形状間誤差を視覚的にユーザに示すための画面表示用データが作成される（ステップＳ２８０４）。そして、作成された画面表示用データによって、算出された形状間誤差が視覚的に画面に表示される（ステップＳ２８０５）。
【０１４５】
最後に、算出された形状間誤差に基づいて、計測立体形状が所定の品質基準を満たすかどうかを判断する（ステップＳ２８０６）。
【０１４６】
ステップＳ２８０２において、入力された計測立体形状および基準立体形状がそれぞれ点群データに変換されるので、入力されたデータが、異なっていても形状間誤差を算出することができる。たとえば、入力されたデータが製品形状を多面体近似したポリゴンデータと、製品形状を平面および曲面補間式で表現した面データとであっても、それらを同様の点群データに変換して比較することができる。また、変換された点群データの隣接する点間距離は１ｍｍ以下であることが望ましい。
【０１４７】
点群データに変換された計測立体形状および基準立体形状は、色を異ならせて、図３１に示すように画面に表示される。
【０１４８】
ステップＳ２８０３における、形状間誤差の具体的な算出手順を、図２９および図３０を参照しながら説明する。
【０１４９】
図２９は形状間誤差の算出手順を示すフローチャート、図３０は形状間誤差を説明するための図である。
【０１５０】
まず、点群データに変換された基準立体形状の全ての点に対し、１から順にｎまで番号が付与される（ステップＳ２９０１）。以下、ｉ番目の基準立体形状の点を点ｐｉという。なお、ｎは、基準立体形状の点の個数と等しい数である。そして、１番目の点ｐ１から、形状間誤差を算出するために、ｉに１が代入される（ステップＳ２９０２）。
【０１５１】
そして、点ｐ１の近くにある他の基準立体形状の点を２点特定し、当該２点と点ｐ１との３点で三角形の平面Ｈ（図３０参照）が定義される（ステップＳ２９０３）。次に、平面Ｈの重心ｇおよび法線Ｎ（図３０参照）が算出される（ステップＳ２９０４）。
【０１５２】
法線Ｎから最も近い計測立体形状の点ｑが検出される（ステップＳ２９０５）。計測立体形状も点群データに変換されているので、法線Ｎから最も近い点ｑを検出することができる。そして、点ｑから法線Ｎへ下ろされた垂線と当該法線Ｎとの交点（垂線の足）ｐｆが算出される（ステップＳ２９０６）。
【０１５３】
次に、点ｐｆと重心ｇとの距離ｄが算出され（ステップＳ２９０７）、重心ｇに対する点ｐｆの方向ｓが算出される（ステップＳ２９０８）。ここで、方向ｓとは、基準立体形状に対して計測立体形状が重なっているか、または、離れているかを示す符号であり、法線Ｎ上において重心ｇを基準として、特定の方向に点ｑｆがある場合を「＋」、その反対の方向にある場合を「−」として示すものである。
【０１５４】
算出した距離ｄと方向ｓが乗算され、点ｐｉに対する計測立体形状の形状間誤差Ｅｉが算出され（ステップＳ２９０９）、形状間誤差Ｅｉが記憶される（ステップＳ２９１０）。
【０１５５】
そして、最後の基準立体形状の点ｐｎについてまで形状間誤差が算出されたかどうかが判断され（ステップＳ２９１１）、点ｐｎについてまで算出された場合は（ステップＳ２９１１：ＹＥＳ）、形状間誤差の算出の処理を終了して図２８に示すステップＳ２８０４に続く。点ｐｎについてまで算出されていない場合は（ステップＳ２９１１：ＮＯ）、ｉに１を加えて（ステップＳ２９１２）、ステップＳ２９０３に戻る。
【０１５６】
以上のような手順で、形状間誤差が算出されるので、基準立体形状に対する計測立体形状の形状間誤差は、誤差の大きさｄと方向ｓ（＋または−）の情報を含む。したがって、図２８のステップＳ２８０５における形状間誤差の表示では、図３２に示すように、基準立体形状に対し計測データの誤差がどれくらいあるかを色の濃度によって表示し、基準立体形状に対して＋の方向に離れているか−の方向に離れているかを色の種類によって、判断できるように表示できる。たとえば、＋の方向に形状間誤差がある場合は赤色で、−の方向に形状間誤差がある場合は青色で表示し、形状間誤差が大きくなるほど色の濃度を濃くして表示することができる。
【０１５７】
そして、計測立体形状が所定の品質基準を満たすかどうかが上記形状間誤差の算出に基づいて判断される。
【０１５８】
Ｃ．データ修正サブシステム。
【０１５９】
データ修正サブシステム１２２は、精度解析サブシステム１２０で算出された形状間誤差に基づき、形状間誤差の大きい個所が修正された製品が生産されるように、設備データ記憶装置１１２に記憶された設備データを修正する。
【０１６０】
以下、データ修正サブシステム１２２が設備データを修正する手順を図３３に示すフローチャートの手順に従って説明する。
【０１６１】
まず、精度解析サブシステム１２０によって算出された形状間誤差に基づいて、計測立体形状のうち、基準立体形状に対して誤差が大きい部位を特定する（ステップＳ３３０１）。そして、特定された計測データの部位について、基準データと同じになるように、計測データが修正される（ステップＳ３３０２）。さらに、設備データ記憶装置１１２に記憶されている設備データを、修正された計測データの製品を生産できるような設備データに修正する（ステップＳ３３０３）。
【０１６２】
Ｄ．設備修正指示サブシステム。
【０１６３】
設備修正指示サブシステム１２８は、データ修正サブシステム１２２によって修正された設備データに基づいて、設備をどのように修正すればよいかをユーザに視覚的に知らせるための設備修正指示データを作成する。
【０１６４】
以下、設備修正指示サブシステム１２８が設備修正指示データを作成し、設備修正指示を表示する手順を図３４に示すフローチャートに従って説明する。
【０１６５】
まず、設備修正指示サブシステム１２８は、データ修正サブシステム１２２によって修正された設備データと、修正される前の設備データとを比較する（ステップＳ３４０１）。そして、修正前の設備データのどの部分をどのように修正すれば、修正後の設備データになるかを示すための設備修正指示データを作成する（ステップＳ３４０２）。
【０１６６】
最後に、設備修正指示データに基づいて、設備データの修正する部分についてどのように修正すればよいかを表示する（ステップＳ３４０３）。ここで、修正個所をどのように修正すればよいかをユーザにわかりやすくするために、修正前の状態（図３５参照）と修正後の状態（図３６参照）が表示される。修正前の状態の設備データには、図３５に示すように、修正方向と修正の大きさを示す矢印などの情報が付加されて表示される。したがって、経験を持たないユーザでも、経験や勘に頼らず、実際の設備を修正することができ、結果として作業効率が高くなる。
【０１６７】
以上のように、設備修正指示サブシステム１２８によって、設備修正指示データが作成され表示されるので、実際の設備修正を行わずに修正結果の妥当性を判断することができ、実際の設備の修正回数を大幅に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  品質評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  部品の品質を評価するときの品質評価装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】  製品（複数の部品が組み立てられたもの）の品質を評価するときの品質評価装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】  図３における型修正処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】  ６軸合わせの手順を示すフローチャートである。
【図６】  対象点が軸に一致していない状態を示す図である。
【図７】  ６軸合わせの１〜３軸目までの一致を示す図である。
【図８】  ６軸合わせの４、５軸目の一致を示す図である。
【図９】  ６軸合わせの４、５軸目の一致を示す図である。
【図１０】  基準点とその座標値を示す図である。
【図１１】  軸合わせ指示情報の内容を示す図である。
【図１２】  軸合わせ指示情報の入力画面を示す図である。
【図１３】  軸合わせ結果の表示画面を示す図である。
【図１４】  画面に表示された計測立体形状および基準立体形状を示す図である。
【図１５】  計測立体形状が基準立体形状に重ね合わされていない状態を示す図である。
【図１６】  対象点Ｑ１〜Ｑ３が基準点Ｐ１〜Ｐ３に一致
【図１７】  重ね合わせサブシステム１１８が、対象点Ｑ１〜Ｑ３を基準点Ｐ１〜Ｐ３に一致させる手順を示すフローチャートである。
【図１８】  対象点Ｑ１を基準点Ｐ１に一致させる状態を示す図である。
【図１９】  対象点Ｑ２を基準点Ｐ２に一致させる状態を示す図である。
【図２０】  対象点Ｑ３を基準点Ｐ３に一致させる状態を示す図である。
【図２１】  形状位置合わせの手順を示すフローチャートである。
【図２２】  重ね合わされた計測立体形状と基準立体形状を示す図である。
【図２３】  基準立体形状における基準点ごとの法線を示す図である。
【図２４】  形状位置合わせを説明するための図である。
【図２５】  最適化条件値εを設定する画面を示す図である。
【図２６】  重ね合わせ前の基準立体形状と計測立体形状を示す図である。
【図２７】  重ね合わせ後の基準立体形状と計測立体形状を示す図である。
【図２８】  精度解析サブシステムの動作を示すフローチャートである。
【図２９】  形状間誤差の算出手順を示すフローチャートである。
【図３０】  形状間誤差を説明するための図である。
【図３１】  点群データに変換された基準立体形状および計測立体形状の表示を示す図である。
【図３２】  形状間誤差の算出結果を示す図である。
【図３３】  データ修正サブシステムが設備データを修正する手順を示すフローチャートである。
【図３４】  設備修正指示サブシステムが設備修正指示データを作成する手順を示すフローチャートである。
【図３５】  修正前の設備データの表示を示す図である。
【図３６】  修正後の設備データの表示を示す図である。
【符号の説明】
１０８…製品形状記憶装置、
１１０…品質基準記憶装置、
１１２…設備データ記憶装置、
１１４…計測装置、
１１６…計測結果記憶装置、
１１８…重ね合わせサブシステム、
１２０…精度解析サブシステム、
１２２…データ修正サブシステム、
１２４…成形シミュレータ、
１２６…組立シミュレータ、
１２８…設備修正指示サブシステム、
１３０…生産設備
【図１】
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【図２】
0003823758.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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