JP2007064728A - 歪評価装置及び歪評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 被測定面の三次元計測データに基づいて歪の評価を行う歪評価装置40であって、被測定面の凹凸を表す断面の二次元計測データを2次微分して、断面の曲率データを導出する2次微分手段41と、基準値からの上限値及び下限値の範囲によって曲率データに関する設定許容範囲を設定する許容範囲設定手段43と、曲率データのうち設定許容範囲を超えるデータを、断面における歪を表す歪データとして抽出する歪データ抽出手段42とを備える。
【選択図】 図1
Description
特許文献1に記載の歪評価装置では、被測定面の凹凸を表す断面の二次元計測データを2次微分し、歪を表す特徴としてその2次微分値データの最大値と最小値との差分値などを抽出して、歪の評価値を予測する予測式に代入する手法を採用している。詳細には、計測された被測定面の断面形状線と、設計データそのものの値などの理想曲線との差分を演算して、被測定面に生じている大小すべての歪を含む面歪形状線を得ている。そして、導出された大小すべての歪を含む面歪形状線を2次微分し、その2次微分値の最大値と最小値との差分値を歪評価に用いている。この二次元計測データ(面歪形状線)の2次微分値は被測定面の断面の曲率データに相当し、2次微分値の絶対値が大きくなるほど、大きな歪が発生していると判定できる。
また、2次微分値の絶対値が大きければ、大きな歪が発生しているとの歪評価が下されるべきであるが、特許文献1に記載の歪評価装置ではそのような歪評価が行われないことがある。例えば、正方向に絶対値の大きなピーク(最大値)を有し、負方向に絶対値の小さなピーク(最小値)を有する波形、正方向と負方向とに絶対値の均等なピーク(最大値及び最小値)を有する波形、正方向に絶対値の小さなピーク(最大値)を有し、負方向に絶対値の大きなピーク(最小値)を有する波形などがあるが、特許文献1に記載の歪評価装置では、2次微分値の最大値と最小値との差分値が同じであれば、上記三種類の波形の何れであっても歪評価の結果は同じである。
従って、従来の歪評価装置による歪の評価結果は、本来意図していた人間による官能評価結果とは異なってしまい、被測定面における歪を定量的に評価しているとは言えない。
前記被測定面の凹凸を表す断面の二次元計測データを2次微分して、前記断面の曲率データを導出する2次微分手段と、
基準値からの上限値及び下限値の範囲によって前記曲率データに関する設定許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、
前記曲率データのうち前記設定許容範囲を超えるデータを、前記断面における歪を表す歪データとして抽出する歪データ抽出手段とを備える点にある。
上記断面の曲率データとは、断面の二次元計測データを微分して断面の各点における傾きデータを得て、更に、その断面の各点における傾きデータを微分して得た断面の傾きの変化を表すデータのことである。例えば、断面が一つの円のような一定の曲率の形状である場合、断面の傾きは一定量ずつ変化するので、断面の各点における傾きの変化量データは一定となる。他方で、断面が例えば正弦波のような複数の曲率を有する円を組み合わせた形状である場合、断面の各点における傾きの変化量は一定とはならない。以上のように、2次微分手段は、被測定面の凹凸を表す特定の断面の二次元計測データを2次微分することで、断面の曲率データを導出していると言える。
また、許容範囲設定手段が基準値からの上限値及び下限値の範囲によって上記設定許容範囲を設定するので、曲率データのうちのどれを歪データとして抽出するのかを自在に設定することができる。つまり、鋼板のスプリングバックにより被測定面の元々の形状が変形したとしても、上記基準値を増加又は減少させて、被測定面の元々の形状を表す断面の二次微分値と同等の値に設定しておけば、スプリングバックによる被測定面の元々の形状が歪と見なされないようにできる。
加えて、歪データ抽出手段は、上記歪データを抽出するときに上記曲率データと上記設定許容範囲とを比較するだけでよいので、大きな演算負荷が歪評価装置において発生することもない。
以上のように、本特徴構成の歪評価装置において歪の評価結果の元となる上記歪データは、人間による歪の官能評価結果の元となる情報と類似しており、よって、被測定面における歪を定量的に評価できる。
そこで、上記特徴構成によれば、許容範囲設定手段が、被測定面の元々の断面形状などの特性に応じて、上記基準値、上限値及び下限値の少なくとも何れか一つを変更するので、被測定面に生じた歪が選択的に歪データとして抽出されるようになる。その結果、被測定面における歪を定量的に評価できるようになる。
前記歪データ抽出手段は、前記断面毎の前記歪データを前記被測定面に渡って三次元で抽出し、
三次元の前記歪データに基づいて前記被測定面に存在する特定の歪領域の歪の程度を評価する歪程度評価手段を備える点にある。
前記三次元の歪データに基づいて、前記特定の歪領域の体積を導出する歪体積導出手段とを備え、
前記歪程度評価手段は、前記特定の歪領域の長さと体積との組み合わせを歪評価用データとし、評価基準データと前記歪評価用データとの比較を行うことにより、前記特定の歪領域の歪の程度を評価する点にある。
前記三次元の歪データに基づいて、前記特定の歪領域の長さに垂直な幅をその長さ方向に沿って積算して、前記特定の歪領域の面積を導出する歪面積導出手段とを備え、
前記歪程度評価手段は、前記特定の歪領域の長さと面積との組み合わせを歪評価用データとし、評価基準データと前記歪評価用データとの比較を行うことにより、前記特定の歪領域の歪の程度を評価する点にある。
前記被測定面の凹凸を表す断面の二次元計測データを2次微分して、前記断面の曲率データを導出する工程と、
基準値からの上限値及び下限値の範囲によって前記曲率データに関する設定許容範囲を設定する工程と、
前記設定許容範囲を参照して、前記曲率データのうち前記設定許容範囲を超えるデータを、前記断面における歪を表す歪データとして抽出する工程とを備える点にある。
また、基準値からの上限値及び下限値の範囲によって上記設定許容範囲を設定するので、曲率データのうちのどれを歪データとして抽出するのかを自在に設定することができる。つまり、鋼板のスプリングバックにより被測定面の元々の形状が変形したとしても、上記基準値を増加又は減少させて、被測定面の元々の形状を表す断面の二次微分値と同等の値に設定しておけば、スプリングバックによる被測定面の元々の形状が歪と見なされないようにできる。
加えて、上記歪データを抽出するときに上記曲率データと上記設定許容範囲とを比較するだけでよいので、大きな演算負荷が発生することもない。
以上のように、本特徴構成の歪評価方法において歪の評価結果の元となる上記歪データは、人間による歪の官能評価結果の元となる情報と類似しており、よって、被測定面における歪を定量的に評価できる。
図1は、本発明の第1実施形態による非接触三次元計測システム及び歪評価装置40の機能ブロック図である。この非接触三次元計測システムは、鋼板を金型でプレス加工して作製されたドアパネルの形状を非接触で三次元計測するものであり、測定ヘッド移動手段としてのロボットハンド10と、ロボットハンド10によるドアパネル追従走査の下で位相シフトしながら被検査面上に投影される格子パターンの撮像画像を縞解析して撮像画像の画素毎に三次元座標値を求め、画素毎に三次元距離データを割り当てられた測定画像(正確には画像を構成する画素の値が三次元距離データであり、一般的な画像とは異なるが、ここでは理解し易いように測定画像と呼ぶことにする)を出力する非接触三次元測定手段20と、この非接触三次元測定手段20から順次送られてくるドアパネルの一部の測定画像を処理してドアパネル全体の三次元計測データを生成する三次元計測コンロトールユニット30とを備えている。また、歪評価装置40は、コンピュータなどの演算処理装置と所定のプログラムとの組み合わせによって実現できる。
ロボットハンド10自体は公知のものであり、先端に三次元位置移動可能なツール装着部11aを有するアーム機構11と、このアーム機構11の動きを制御するロボットハンドコントローラ12からなる。
基準値は、被測定面の元々の断面形状に基づいて設定できる。つまり、歪が発生していない状態の被測定面の断面を2次微分したときの2次微分値データを基準値とすることができる。本実施形態では、取付部2の元々の被測定面の曲率のが一定であるので基準値は一定値に設定している(特に、被測定面の曲率が零の平坦面であれば、基準値=0に設定できる)。従って、被測定面に歪が発生していなければ、断面の曲率データは基準値に等しくなる。
つまり、歪データ抽出手段42は、曲率データのうち、上限値以上であるデータ、及び、下限値以下であるデータを、その断面における歪を表す歪データとして抽出する。
そして、歪程度評価手段46は、被測定面に渡って導出された三次元の歪データに基づいて、被測定面に存在する特定の歪領域の歪の程度を評価する。
図3は、歪データ抽出手段42が抽出した歪データを、その値の大きさに応じたグレースケールの分布で描いたものであり、例えば、歪評価装置40に接続される表示装置(図示せず)に表示させることができる。つまり、図3には、断面の曲率データのうち設定許容範囲を上回る分の値、及び、下回る分の値を示している。そして本実施形態では、図示するように合計4カ所の歪領域G1〜G4が取付部2の周囲に現れている。また、本実施形態では、各断面に垂直な方向(L軸方向)に沿った歪領域の広がりを、歪長さ:L(図3に示す歪領域G1の歪長さはL1で表す)とする。歪長さ導出手段44は、歪データ抽出手段42によって抽出された三次元の歪データに基づいて、上述のような特定の歪領域G1〜G4のそれぞれの長さを自動的に導出する。
そして、歪体積導出手段45は、各断面における断面積:S1を歪長さ:Lに渡って積算することで、各歪領域:Ga、Gbの体積を導出する。
つまり、本発明の歪評価装置40において、歪程度評価手段46が、特定の歪領域の長さ(つまり、歪領域の広がり)と体積(つまり、歪領域の強さ)との組み合わせを歪評価用データとし、所定の評価基準データと上記歪評価用データとの比較を行うことによる歪の程度の評価は、人間の官能評価結果と整合性のあるものとなっている。
従って、従来は熟練した人間の感性による官能評価に依って行われていた歪の程度の評価を、本実施形態の歪評価装置40によって定量的に導き出せることになる。つまり、修正する必要のある歪を一貫性のある基準の下で容易に選定できるので、無用な歪修正及び歪修正のやり残しを無くすことができる。また、歪評価装置40を用いて、プレス加工により作製されたボディ表面(例えば、車両のドアパネル表面)に生じた歪を一定の基準の下で適切に発見できるので、そのプレス加工に用いた金型を、以後、歪を発生させないように適切に修正できるようになる。つまり、プレス加工に用いる金型の検査を行うためにも、本発明の歪評価装置40を利用できる。
また、経験の少ない人間が自らの感性によって官能評価を行うときには、歪評価装置40により定量的に導き出された、熟練した人間の感性によるのと同様の歪の評価結果を参照できる。つまり、経験の少ない人間が歪の程度の評価結果を導き出すための感性を磨くために、歪評価装置40により導き出される定量的な評価結果を参照できるという利点がある。
第2実施形態の歪評価装置50は、歪程度評価手段46が、特定の歪領域の長さと領域面積との組み合わせを歪評価データとする点で、第1実施形態と異なっている。以下に、第2実施形態の歪評価装置50について説明するが、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
<1>
上記実施形態において、許容範囲設定手段43は、基準値、上限値及び下限値を適宜変更してもよい。例えば、図10(a)は、図4(a)に示した許容設定範囲のうち、上限値を変更したときの許容設定範囲の設定例である。例えば、被測定面に歪が存在していても、それが目立ち難い部位(例えば、元々の被測定面の断面形状が波打っている部位など)では、上限値及び下限値を大きくして、曲率データが大きくても歪データとして抽出されないようにできる。逆に、歪が小さくても目立ち易い部位(例えば、元々の被測定面の断面形状が平坦である部位など)では、上限値及び下限値を小さくして、曲率データが小さくても歪データとして抽出されるようにできる。
また、図10(b)は、図4(b)に示した許容設定範囲のうち、被測定面の特定の部位の基準値を選択的に変更したときの許容設定範囲の設定例である。具体的には、基準値を部分的に減少させている。このように、上限値及び下限値だけでなく、基準値を変更してもよい。例えば、被測定面の元々の断面形状が平坦ではなくカーブしていることで、曲率データが零では無い場合、被測定面の元々の断面形状の2次微分値データ(曲率データ)を基準値として設定すればよい。
以上のように、被測定面の設計された元々の断面形状などの様々な特性に応じて、基準値、上限値及び下限値を適宜設定してもよい。
上記実施形態では、図6及び図9のそれぞれに示したように、歪評価用データを一つの評価基準データと比較し、特定の歪領域の歪の程度を「良」及び「悪」の2段階で評価していたが、歪評価用データを段階的に設定された複数の評価基準データと比較してもよい。そして、特定の歪領域の歪の程度を更に段階的に評価してもよい。例えば、2つの評価基準データを用意する場合には、図6及び図9に例示した評価基準データの曲線と同形状の別の曲線を、互いに交わらないように並べて設定すればよい。そうすることで、特定の歪領域の歪の程度を「良」、「可」及び「悪」といった3段階で評価できる。
また、ボディ形状の設計、金型の設計、プレス加工、歪評価、金型修正といった工程を繰り返し行って技術の蓄積を行うことで、歪が発生し難いボディ形状の設計及び金型の設計を行う際のCAE(computer-aided engineering)を含めた予測技術を向上させることができる。
更に、歪の程度の評価結果が定量的に行われることを利用して、人間の感性による歪の程度の官能評価が適当か否かを判定するために、つまり、経験の少ない人間を熟練者へ育成するという技術継承に利用できる。
41 2次微分手段
42 歪データ抽出手段
43 許容範囲設定手段
44 歪長さ導出手段
45 歪体積導出手段
46 歪程度評価手段
47 歪面積導出手段
Claims (6)
- 被測定面の三次元計測データに基づいて歪の評価を行う歪評価装置であって、
前記被測定面の凹凸を表す断面の二次元計測データを2次微分して、前記断面の曲率データを導出する2次微分手段と、
基準値からの上限値及び下限値の範囲によって前記曲率データに関する設定許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、
前記曲率データのうち前記設定許容範囲を超えるデータを、前記断面における歪を表す歪データとして抽出する歪データ抽出手段とを備える歪評価装置。 - 前記許容範囲設定手段は、前記被測定面の特性に応じて前記基準値、前記上限値及び前記下限値の少なくとも何れか一つを変更する請求項1記載の歪評価装置。
- 前記2次微分手段は、複数の断面毎の前記曲率データを前記被測定面に渡って三次元で導出し、
前記歪データ抽出手段は、前記断面毎の前記歪データを前記被測定面に渡って三次元で抽出し、
三次元の前記歪データに基づいて前記被測定面に存在する特定の歪領域の歪の程度を評価する歪程度評価手段を備える請求項1又は2記載の歪評価装置。 - 三次元の前記歪データに基づいて、前記特定の歪領域の長さを導出する歪長さ導出手段と、
前記三次元の歪データに基づいて、前記特定の歪領域の体積を導出する歪体積導出手段とを備え、
前記歪程度評価手段は、前記特定の歪領域の長さと体積との組み合わせを歪評価用データとし、評価基準データと前記歪評価用データとの比較を行うことにより、前記特定の歪領域の歪の程度を評価する請求項3記載の歪評価装置。 - 三次元の前記歪データに基づいて、前記特定の歪領域の長さを導出する歪長さ導出手段と、
前記三次元の歪データに基づいて、前記特定の歪領域の長さに垂直な幅をその長さ方向に沿って積算して、前記特定の歪領域の面積を導出する歪面積導出手段とを備え、
前記歪程度評価手段は、前記特定の歪領域の長さと面積との組み合わせを歪評価用データとし、評価基準データと前記歪評価用データとの比較を行うことにより、前記特定の歪領域の歪の程度を評価する請求項3記載の歪評価装置。 - 被測定面の三次元計測データに基づいて歪の評価を行う歪評価方法であって、
前記被測定面の凹凸を表す断面の二次元計測データを2次微分して、前記断面の曲率データを導出する工程と、
基準値からの上限値及び下限値の範囲によって前記曲率データに関する設定許容範囲を設定する工程と、
前記曲率データのうち前記設定許容範囲を超えるデータを、前記断面における歪を表す歪データとして抽出する工程とを備える歪評価方法。
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