JP2007523334A - 欠陥位置特定方法及びマーキングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】三次元対象物で検知される欠陥を高い精度で位置特定し、場合によっては、マーキングするための方法を提供すること
【解決手段】本発明は、三次元対象物（２）、特に塗装された車体上の欠陥の位置を特定する方法及びマーキングシステムに関し、撮像装置（３、４）によって、欠陥が検知され、その位置が特定される。本発明によれば、対象物（２）の設計データ（ＣＡＤデータ）と撮像装置（３、４）の光学撮像特性と対象物（２）が、撮像時に既知であり、これらによって、欠陥の位置が決定され、場合によっては、スプレーヘッドによってマーキングされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元対象物、特にその表面上の欠陥の位置を特定する方法、及びそれに対応したマーキングシステムに関し、前記欠陥は光学撮像装置によって検知され、位置が特定される。本発明は、例えば塗料の欠陥を検知するための用途に適している。

このタイプの検査システム（例えば車体の塗装表面の検査等）は、よく知られている。

しかしながら、この周知のシステムでは、既に検知された欠陥を十分な精度で、対象物上で位置を特定し、マーキングすることが難しい。これは、欠陥の位置が対象物上に不正確に割り当てられるためである。

本発明の目的は、三次元対象物で検知される欠陥を高い精度で位置特定し、場合によっては、マーキングするための方法を提供することである。

この目的は、基本的には、最初に述べたタイプの方法で、以下のように達成される。すなわち、対象物に関する設計データと、撮像装置の光学撮像特性と、光学撮像装置及び対象物の位置が、画像を撮影する際に、既知であり、それら設計データ、特性及び位置から対象物の欠陥の位置が決定される。周知の方法では、検知された欠陥の位置は、検査システムの三次元空間における対象物とは独立に決定される。その欠陥の位置を特定し、マーキングするためには、その欠陥は、即座にマーキングされなければならず、又はその対象物の動きを正確に追跡しなければならない。三次元対象物の搬送を行う場合、予想されない、また、検知されないズレが常に起こるため、この方法は、かなりの程度で不正確となる。本発明によれば、対象物の座標系に対して、又は対象物上の所定の基準点に対して、対象物上に直接、欠陥の位置が決定される。これは、撮像装置の光学撮像特性、及び画像撮影時の光学撮像装置及び対象物の位置に加えて、対象物に関する設計データが電子形態でわかっているため、三次元対象物上の欠陥の位置が、対象物上のある特定の位置に対して、明確に割り当てられる。その結果、欠陥の位置が特定されると、対象物の検査システムに対する空間配置関係が失われても、再度見つけることが確実にできる。この場合、対象物の位置を再度測定するだけでよい。

このため、欠陥の位置は、対象物の座標系において決定されることが好ましい。この座標系は、設計データ、例えばCADデータ、及び／又はセンサによって決定されたデータの座標系であることが好ましい。対象物に対する欠陥の位置は、設計データの座標系において正確に決定されるため、欠陥の位置を特定し、場合によっては、マーキングを行い、及び／又は、自動で除去するために対象物の動きを追跡する必要がない。設計データは、例えば、対象物の設計に用いられるCADデータとして、予め認識しておくことができる。本発明によれば、例えば、スキャニング等の方法で画像撮影し、それら画像を評価することで、センサデータに基づく対応する設計データを作成してもよい。この場合、対象物に関する必要な設計データは自動で学習され、データを個別に設定したり、データを予め認識させたりする必要がない。さらに、それらのデータは、自動で保存される。また、センサデータに基づいて設計データを決定することによって、既存の設計データの精度を改善し、又は、分解能を向上することが可能となる。

本発明に係る方法の好ましい変更形態では、欠陥の位置がマーキング装置に送られ、対象物上の欠陥の位置をマーキングする。撮像装置の評価装置が欠陥の検知だけではなく、欠陥の分類も行う場合は、欠陥のタイプによって異なるマーキングを行い、そのマーキングによって、欠陥タイプを識別できるようにしてもよい。これは、欠陥を除去するための後工程を容易に、且つ、迅速に行えるという点で、特に好適である。さらに、本発明によれば、欠陥を覆い隠すことがないように、マーキングを欠陥位置ではなく、欠陥近傍位置に行うようにしてもよい。その場合、マーキングずらしの方向及び程度は、対象物の欠陥の状況に依存する。

本発明によれば、マーキング装置のスタートパス（ｓｔａｒｔ ｐａｔｈ）は、対象物に関する設計データ、対象物の位置データ、及び／又は、予め設定されているマーキング装置の許容移動範囲に基づいて、自動で決定される。特に、マーキング装置を変位装置に取り付けることで、マーキング装置を多自由度で動くようにしてもよい。この変位装置は、例えば、ロボット、マニピュレータ、ハンドリング装置、又は複数の決まった移動軸を有する多軸移動ユニットがよい。この結果、対象物に関する設計データ、すなわちＣＡＤデータ及び予め設定された変位装置の許容移動範囲に基づいて、マーキング装置のマーキング位置への衝突のないスタートパスが自動で計算される。

本発明によれば、三次元対象物上の欠陥の位置をマーキングすることに加え、欠陥の位置を、表示装置、特に印刷出力や画面への表示を行ってもよい。これによって、欠陥を書類に記録でき、全ての欠陥の簡単な概観図を作成できる。撮像装置が欠陥のタイプを判定した場合は、欠陥のタイプを表示させてもよい。

対象物の欠陥の位置特定をさらに正確にするために、光学撮像装置は、三次元調整できるようにし、設計データと撮影された画像とを比較することによって、対象物の位置を正確に決定してもよい。このタイプの位置微調整を用いることで、撮影された画像内の識別された欠陥を、三次元対象物に関する設計データに対して正確に割り当てることが可能になる。また、マーキング装置又はマーキングシステムは、光学撮像装置を有してもよい。これによって、同様の方法で、マーキング装置に対して対象物の位置を微調整することができる。これは、欠陥を高い精度でマーキングする必要がある場合や、他の理由により高い正確さで制御する必要がある場合に、特に重要となる。さらに、特に対象物及び撮像装置、場合によっては、１以上の変位装置を互いに三次元調整して、ある座標系における相対位置をわかるようにする。

本発明は、また、特に、上述の方法を実行するために適した、検査中に検知した対象物上の欠陥をマーキングするシステムに関する。マーキングシステムは、マーキングヘッド及び変位装置を有する。変位装置は、対象物に関する設計データと欠陥位置に関する送信された位置データに基づいて、マーキングヘッドを欠陥の位置に位置付けする。その結果、欠陥の位置を三次元対象物に対して割り付けることが可能となる。本発明によれば、マーキングシステムは、検査システムと組み合わせることが特に好適である。この検査システムは、例えば、対象物に関する設計データの座標系に対して、又は対象物上のある基準点に対して、対象物の認識された欠陥の位置を決定する。

本発明に係るマーキングシステムのある実施形態では、複数のマーキングヘッドを設けてもよい。これら複数のヘッドは、互いに独立に、位置付けされ、動作する。マーキングシステムを複数のサブシステムに分割すると、サブシステムが互いに平行して同時に動作するため、三次元対象物への欠陥位置のマーキングが迅速に行える。

さらに本発明では、多数のマーキングヘッドを設け、分散配置し、特に、マーキングされる可能性のある対象物の範囲を覆うように、多数のマーキングヘッドを固定配置してもよい。この場合、変位装置は、例えば、動作させるべきマーキングヘッドの対象物からの距離のみを設定すればよい。このタイプでは、例えば、マーキングすべき対象物の全幅及び／又は全高をカバーするように配置設定される。その際、マーキングヘッドが対象物全体又はマーキングされる可能性のある範囲をカバーするように、そのマーキングヘッドを配置する。マーキングヘッドの位置に対して対象物が横切るように移動する場合は、適したマーキングヘッドを動作させるまで、適切な時間を待つだけでよい。この場合、マーキングを行うため、対象物は、マーキングされる表面までの最適距離を維持したまま、ある方向へ移動させられる。特に、平坦な表面の場合は、全てのマーキングヘッドは固定配置され、全てのマーキングヘッドの距離は、変位装置を用いて調整される。これは、同じタイプの対象物に対し、マーキングヘッドの距離を変更する必要がない場合は、対象物に関する設計データに応じて、マニュアルで１度だけ実行してもよい。その際、マーキングヘッドに対して動く対象物が適切な位置にある時だけ、対応するマーキングヘッドを動作させる。上述したマーキングシステムは、マトリックスプリンタの原理を用いている。さらに、対象物の移動方向においてマーキングヘッドの位置を補正可能にするため、変位装置は、対象物の移動方向に対してある程度の遊びを持たせておいてもよい。

また、設計データに基づいてマーキングヘッドの変位装置を制御するため、制御装置は、欠陥位置を、その欠陥位置のマーキングを行うマーキングヘッドに対して自動で割り当てる。また、サブシステム間で干渉がないように、できる限り最短の時間で、全てのマーキングが実行できるように、システム、具体的には一連の動作が最適化される。さらに、サブシステム間で干渉の起こるリスクを最小限にするため、マーキングシステムのそれぞれ異なるサブシステムを、三次元対象物のそれぞれ異なる側面に配置してもよい。

以下では、本発明に係る別の効果、特徴、及び可能な用途が、例示される実施形態及び図面を参照して詳細に説明される。ここで記載される、及び／又は、図示される全ての構成要件は、本発明の一部であり、請求項又は参照文献の文言とは独立したものである。

図１に示す三次元対象物２上、特にその表面の欠陥の位置を特定するためのシステム１は、光学撮像装置３、４を用いて対象物２の欠陥を検知し、位置を特定する検査システム１３と、検知、位置特定に引き続いて、検査において検知された欠陥を三次元対象物２にマーキングするマーキングシステム１４とを有する。

システム１は、例えば、車体の塗装表面を、検査すべき対象物２として検査するように設計される。システム１は、複数の光学撮像装置３、４を有し、それら光学撮像装置３、４は、照明装置と組み合わされて、複数の検査ユニットを形成し、別々の位置に配置される。固定された検査ユニット３は、車体２の側面を検査するための第１サブシステム６であり、小表面領域又は大表面領域検査ユニット４は、残りの表面領域を検査するための第２サブシステム７である。また、さらに別のサブシステムを設けて、様々な特定の状況に対して検査ユニットのサイズを適合させてもよい。サブシステム６、７は、例えばコンベヤベルトとして設計された、車体２の変位装置９に沿って前後に並べて配置される。これによって、車体２は、固定された撮像装置３及び小表面領域又は大表面領域用の撮像装置４に対して相対運動する。

さらに、撮像装置４は、変位装置１０に取り付けられ、この変位装置１０によって、撮像装置４は空間内であらゆる方向に向くことが可能となる。変位装置１０は、撮像装置４を種々の異なる回転軸の回りに多自由度で動かせるマニピュレータとして設計される。

コンベヤベルト９上を移動する車体２、及び撮像装置４が取り付けられたマニピュレータ１０によって、撮像装置３、４、又は検査ユニットに組み込まれた撮像装置３、４と照明装置との間で相対運動が行われ、それによって、光学撮像装置３、４を用いて、車体２の表面の検査される領域の画像が、種々の異なる時点で撮影される。撮影された画像は、画像評価アルゴリズムによって評価装置１１で解析される。

三次元対象物２と検査ユニットの撮像装置３、４と照明装置との間で相対運動を協働させるために、以下のように設定する制御装置１２が設けられる。すなわち、物体２の表面の各検査領域を検査する間のうち、少なくとも画像撮影に必要な時間の間は、撮像装置３、４と照明装置と表面が、互いに少なくとも１つの規定された幾何学的関係になるよう設定される。この設定を行うため、制御装置１２は、例えば、センサ８による測定を行うことによって、コンベヤベルト９上を移動する物体２の位置及び撮像措置３、４の位置を認識する。また、マニピュレータ１０に取り付けられた撮像装置４を、制御装置１２によって、物体２の位置に対してある特定の位置にしてもよい。この際、物体２の表面と検査ユニットの光学撮像装置４と照明装置との間に規定された幾何学的関係が実現される。物体２の表面の向きは、設計データ、特に、例えば電子形態で存在するＣＡＤデータ、及び／又は、センサを用いて決定したデータに基づいて認識されることが好ましい。上述の幾何学的関係が達成された際に、検査される領域の画像が撮影され、その画像が評価装置１１によって評価される。

対象物２の表面の欠陥が画像評価において特定された場合、対象物２の設計データと撮像装置３、４の光学撮像特性と画像撮影時の光学撮像装置３、４及び対象物２の位置とに基づいて、対象物２の欠陥の位置が決定される。欠陥位置が対象物に対する座標系において位置付けられるように、設計データの座標系における欠陥の位置が決定される。これは、下流側のシステム、例えばマーキングシステムに対し、対象物２の特徴に関して欠陥の位置が認識され、これによって対象物２の欠陥の位置が、常に正確に決定できるという重要な利点を有する。

それゆえ、検査システム１３の後に配置されたマーキングシステム１４を用いるマーキング装置１５によって、検査において特定された欠陥を容易にマーキングすることが可能となる。この目的のために、マーキング装置１５は、マニピュレータとして設計された変位装置１６を有し、例えばスプレーヘッドとして設計されたマーキングヘッド１７が、その変位装置１６上に位置付けられる。変位装置１６とマーキングヘッド１７は、検査システム１３の制御装置１２に接続されたマーキング制御装置１８を用いて制御される。複数のマーキング装置を設けることも選択できる。

車体２が、コンベヤベルト９によって、検査システム１３からマーキングシステム１４へ搬送された後、マーキングシステム１４に対する車体２の位置座標が、コンベヤベルト９に関する位置情報に基づいて、決定される。マーキング制御装置１８は、制御装置１２からこの情報を受け取る。評価装置１１によって決定された対象物２上の欠陥の位置に関する位置データに対しても同様である。もちろん、例えば、マーキングシステム１４の撮像装置を用いた測定及び／又は位置微調整によって、また設計データから認識される対象物２の明確な特徴の評価によって、マーキングシステム１４における車体２の位置座標を新しく決定してもよい。

特に、互いに独立に配置可能な複数のマーキングヘッド１７を設ける場合、対象物２に関する設計データに基づいて、マーキング制御装置１８が、欠陥位置をマーキングヘッド１７に自動で割り当て、マーキングヘッド１７が欠陥をマーキングする。

さらに、評価装置１１によって実行された欠陥の分類がマーキング制御装置１８に転送され、それによって、マーキングヘッド１７で異なるマーキングをすることによって、異なるタイプの欠陥を対象物２上で特徴づけるようにしてもよい。

本発明の方法と、検査システム１３及びマーキングシステム１４を有する対応したシステムは、欠陥位置を、対象物２の表面に対して、常に容易に割り当てることができるように、対象物に対する欠陥の位置を決定できるという利点がある。これは、特に、マーキングをするために有利である。

図１は、本発明に係る三次元対象物上の欠陥の位置を特定するためのシステムを示す。

符号の説明

１…システム ２…三次元体、車体
３、４…光学撮像装置 ６、７…サブシステム
８…センサ ９…変位装置、コンベヤベルト
１０、１６…変位装置、マニピュレータ １１…評価装置
１２…制御装置 １３…検査システム
１４…マーキングシステム １５…マーキング装置
１７…マーキングヘッド １８…マーキング制御装置

Claims (12)

1. 光学撮像装置（３、４）を用いて、三次元対象物（２）上の欠陥の位置、特に前記対象物の表面上の欠陥の位置を特定する欠陥位置特定方法であって、
   前記対象物（２）に関する設計データと、前記撮像装置（３、４）の光学撮像特性と、前記光学撮像装置（３、４）及び前記対象物（２）の位置とが、画像撮影時には知られており、前記設計データと前記光学撮像特性と前記位置とから、前記対象物（２）の前記欠陥の前記位置が決定されることを特徴とする欠陥位置特定方法。
2. 請求項１記載の欠陥位置特定方法において、前記欠陥の前記位置は、前記対象物（２）の座標系、特に前記設計データの座標系において決定されることを特徴とする欠陥位置特定方法。
3. 請求項１又は２記載の欠陥位置特定方法において、前記欠陥の前記位置は、マーキング装置（１５）に送信され、前記マーキング装置（１５）は、前記対象物（２）の前記欠陥の前記位置をマーキングすることを特徴とする欠陥位置特定方法。
4. 請求項３記載の欠陥位置特定方法において、前記マーキング装置（１５）は、変位装置（１６）を用いて、前記対象物のまわりを前記欠陥の前記位置へ移動可能であることを特徴とする欠陥位置特定方法。
5. 請求項４記載の欠陥位置特定方法において、前記マーキング装置（１５）のスタートパスは、前記対象物（２）に関する前記設計データと位置データと、及び／又は予め設定された前記マーキング装置（１５）の許容移動範囲とに基づいて、決定されることを特徴とする欠陥位置特定方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の欠陥位置特定方法において、前記欠陥の前記位置は、表示装置、特にプリント出力で表示されるか、又は画面に表示されることを特徴とする欠陥位置特定方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の欠陥位置特定方法において、前記光学撮像装置（３、４）は、三次元的に調整され、前記対象物（２）の前記位置は、設計データと撮像された画像とを比較することによって、正確に決定されることを特徴とする欠陥位置特定方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の欠陥位置特定方法において、前記光学撮像装置（３、４）は、前記対象物（２）及び／又は、１つ又は全ての変位装置（９、１０、１６）を互いに三次元的に調整することを特徴とする欠陥位置特定方法。
9. 特に請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法を実行する、マーキングヘッド（１７）と変位装置（１６）を用いて、検査において特定された対象物上の欠陥をマーキングする欠陥マーキングシステムであって、
   前記変位装置（１６）は、前記対象物(２)に関する設計データと前記対象物（２）の欠陥の位置に関する送信された位置データとに基づいて、前記マーキングヘッド（１７）を前記欠陥の前記位置に位置付けることを特徴とするマーキングシステム。
10. 請求項９記載のマーキングシステムにおいて、複数のマーキングヘッド（１７）が設けられ、前記複数のマーキングヘッド（１７）は、互いに独立に、位置付け可能であり、及び／又は、動作可能であることを特徴とするマーキングシステム。
11. 請求項１０記載のマーキングシステムにおいて、多数のマーキングヘッド（１７）が設けられ、また、前記マーキングヘッド（１７）は、マーキングされる可能性のある前記対象物の領域のまわりに分散して配置され、前記変位装置（１６）は、動作するマーキングヘッド（１７）の前記対象物（２）からの距離を定めることを特徴とするマーキングシステム。
12. 請求項１０又は１１記載のマーキングシステムにおいて、前記マーキングヘッド（１７）の前記変位装置（１６）を制御するためのマーキング制御装置（１８）は、前記設計データに基づいて、欠陥の位置をマーキングヘッド（１７）に対して自動で割り当てることを特徴とするマーキングシステム。

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