JP2014169904A - Device and method for acquiring shape data of structure member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造部材の形状データの取得方法および取得装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for acquiring shape data of a structural member.
例えば、既存の構造物をリバースエンジニアリングする場合、例えば橋梁などを補修する場合、使われている構造部材を新しく製作する必要がある。
従来、橋梁などにおける構造部材の形状・寸法などをできるだけ正確に計測する計測装置としてレーザ光を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
For example, when reverse engineering an existing structure, for example, when repairing a bridge or the like, it is necessary to newly manufacture a structural member that is used.
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a measurement apparatus that uses laser light as a measuring device that measures the shape and dimensions of a structural member in a bridge or the like as accurately as possible (see, for example, Patent Document 1).
ところで、このようなレーザ計測装置は構造物全体の形状の計測には適しているが、精度が要求される狭く且つボルトなどが多数設けられている接合部の計測には適しておらず、このような接合部の計測には、カメラなどが用いられていた。つまり、レーザ光による計測とカメラ画像による位置検出が併用されていた。 By the way, such a laser measuring device is suitable for measuring the shape of the entire structure, but is not suitable for measuring a joint where a large number of bolts and the like that are required for precision are provided. A camera or the like has been used to measure such a joint. That is, measurement using a laser beam and position detection using a camera image are used together.
ところで、橋梁などの構造物は屋外に設けられているため、外形が朽ちていたり、その構造部材同士を接合するガセットプレートなどの接合部材の連結に使われるボルトなども同時に計測してしまうため、上述したようなレーザ光による計測とカメラ画像を併用したとしても、正確な形状を得るのが難しいという問題があった。 By the way, since structures such as bridges are provided outdoors, the outer shape of the structure is degraded, and bolts used to connect joint members such as gusset plates that join the structural members together are also measured. Even when the measurement using the laser beam as described above and the camera image are used in combination, there is a problem that it is difficult to obtain an accurate shape.
また、レーザ光の計測による三次元の点群データと写真などの２次元の平面データを用いて、三次元の形状を計測する場合には、両者の重ね合わせ作業、すなわち人による作業が必要となり手間を要するとともに、その重ね合わせ部分については、位置データの精度が低下するという問題がある。 Also, when measuring 3D shapes using 3D point cloud data measured by laser light and 2D plane data such as photographs, it is necessary to superimpose them, that is, work by humans. In addition to the time and effort, there is a problem that the accuracy of the position data is reduced for the overlapped portion.
そこで、本発明は、データの取得の手間を軽減し得るとともに、精度の良い構造部材の形状データの取得方法および取得装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for acquiring the shape data of a structural member with high accuracy while reducing the time and effort of acquiring the data.
上記課題を解決するため、本発明の構造部材の形状データの取得方法は、レーザ距離計により得られる板状の構造部材の表面の三次元位置を示すデータ群に基づき所定の平面領域を探索することにより当該構造部材の形状データを取得する取得方法であって、
レーザ距離計により構造部材の表面の三次元位置を示すデータ群を取得する工程と、
上記データ群から探索を行うための探索平面を検出する工程と、
上記検出された探索平面にデータ群をレーザ距離計からのレーザ光の照射角度を考慮して投影し構造部材の表面を表すデータ群を取得する工程とを具備した方法である。
In order to solve the above-mentioned problem, the method for acquiring the shape data of the structural member according to the present invention searches for a predetermined plane region based on a data group indicating the three-dimensional position of the surface of the plate-like structural member obtained by the laser distance meter. An acquisition method for acquiring shape data of the structural member by
Acquiring a data group indicating a three-dimensional position of the surface of the structural member by a laser distance meter;
Detecting a search plane for searching from the data group;
And a step of projecting the data group on the detected search plane in consideration of the irradiation angle of the laser beam from the laser rangefinder to obtain the data group representing the surface of the structural member.
また、上記形状データの取得方法における探索平面を検出するに際し、所定の平面領域に係る三次元のデータ群を、構造部材の表面であると見做せる許容厚さ域と、この許容厚さ域の上側および下側で構造部材の表面と見做せない非許容厚さ域との３つの層に分けるとともに、上記許容厚さ域内のデータ群の平均値を用いる三層平面域検出法を適用する方法である。 Further, when detecting the search plane in the above-described shape data acquisition method, an allowable thickness area in which a three-dimensional data group related to a predetermined plane area can be regarded as the surface of the structural member, and the allowable thickness area The three-layer plane area detection method using the average value of the data group within the allowable thickness range is applied to the upper and lower sides of the structural member and the non-allowable thickness range that cannot be recognized as the surface of the structural member. It is a method to do.
また、上記形状データの取得方法において、
探索平面を第１探索軸と当該第１探索軸に直交する第２探索軸とで決定するとともにこれら第１探索軸および第２探索軸により探索平面を検出する工程として、
第１探索軸および第２探索軸を求めるのに三層平面域検出法を用いるとともに上記各探索軸を求めるための探索開始点を含む探索開始平面の領域および当該探索開始平面に含まれる初期探索軸を求める工程と、
上記探索開始平面の領域内で且つ初期探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこのデータ群に最小二乗法を適用して新たな更新探索軸を求める工程と、
上記求められた更新探索軸上に上記探索開始点を投影するとともに、この更新探索軸上で探索開始平面の領域を延長し、この延長された平面領域内で且つ更新探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこれらデータ群に最小二乗法を適用して更なる更新探索軸を求める工程を探索終了条件を満たすまで繰り返し行う工程と、
上記工程により求められた第１探索軸および第２探索軸により探索平面を決める工程とを具備した方法である。
Moreover, in the method for acquiring the shape data,
As a step of determining a search plane by a first search axis and a second search axis orthogonal to the first search axis and detecting the search plane by the first search axis and the second search axis,
The three-layer plane area detection method is used to obtain the first search axis and the second search axis, and the search start plane area including the search start point for obtaining each search axis and the initial search included in the search start plane The process of finding the axis;
A three-layer plane area detection method is applied to a data group in the search start plane area and along the initial search axis to obtain a data group within an allowable thickness area, and a new least square method is applied to the data group. Obtaining an update search axis;
Projecting the search start point on the obtained update search axis, extending the area of the search start plane on the update search axis, and in the data group along the update search axis in the extended plane area Applying the three-layer planar area detection method to obtain data groups within the allowable thickness range and applying the least squares method to these data groups to obtain further update search axes until the search end condition is satisfied ,
And a step of determining a search plane based on the first search axis and the second search axis obtained by the above steps.
さらに、上記各形状データの取得方法に、
構造部材の表面を表すデータ群に凸包処理を施し仮外形としての多角形を求める工程と、
上記求められた多角形の各辺を延長して交点を求める工程と、
上記交点を有し且つ多角形の外側に形成される仮想三角形の面積を求める工程と、
上記求められた仮想三角形のうち、面積が一番小さい仮想三角形を多角形に含ませて当該多角形の角数を１つ減らす工程と、
上記角数を減らす工程を繰り返すことにより当該角数が最終形状としての角数となるようにする工程とを具備した方法である。
Furthermore, in the acquisition method of each said shape data,
Applying a convex hull process to the data group representing the surface of the structural member to obtain a polygon as a temporary outline;
Extending each side of the obtained polygon to obtain an intersection; and
Obtaining an area of a virtual triangle having the intersection and formed outside the polygon;
Of the obtained virtual triangles, including the virtual triangle having the smallest area in the polygon and reducing the number of corners of the polygon by one;
A step of repeating the step of reducing the number of corners so that the number of corners becomes the number of corners as a final shape.
本発明の構造部材の形状データの取得装置は、レーザ距離計により得られる板状の構造部材の表面の三次元位置を示すデータ群に基づき所定の平面領域を探索することにより当該構造部材の形状データを取得する取得装置であって、
レーザ距離計により構造部材の表面の三次元位置を示すデータ群を取得するデータ群取得部と、
上記データ群から探索を行うための探索平面を検出する探索平面検出部と、
上記検出された探索用平面にデータ群をレーザ距離計からのレーザ光の照射角度を考慮して投影し構造部材の表面を表すデータ群を取得する表面データ取得部とを具備したものである。
The apparatus for acquiring shape data of a structural member according to the present invention searches for a predetermined planar region based on a data group indicating the three-dimensional position of the surface of a plate-shaped structural member obtained by a laser distance meter, thereby determining the shape of the structural member An acquisition device for acquiring data,
A data group acquisition unit for acquiring a data group indicating a three-dimensional position of the surface of the structural member by a laser distance meter;
A search plane detector for detecting a search plane for searching from the data group;
A surface data acquisition unit for acquiring a data group representing the surface of the structural member by projecting the data group on the detected search plane in consideration of the irradiation angle of the laser beam from the laser rangefinder.
また、上記形状データの取得装置の探索平面検出部において、所定の平面領域に係る三次元のデータ群を、構造部材の表面であると見做せる許容厚さ域と、この許容厚さ域の上側および下側で構造部材の表面と見做せない非許容厚さ域との３つの層に分けるとともに、上記許容厚さ域内のデータ群の平均値を用いる三層平面域検出法を適用するようにしたものである。 Further, in the search plane detection unit of the shape data acquisition device, an allowable thickness area in which a three-dimensional data group related to a predetermined plane area can be regarded as a surface of a structural member, and the allowable thickness area The upper and lower surfaces are divided into three layers, the surface of the structural member and the unacceptable thickness region that cannot be seen, and the three-layer planar region detection method using the average value of the data group within the allowable thickness region is applied. It is what I did.
また、上記形状データの取得装置の探索平面検出部において、探索平面を第１探索軸と当該第１探索軸に直交する第２探索軸とで決定するようになし且つこれら各探索軸を求めるのに三層平面域検出法を用いるとともに、
当該探索平面検出部を、
上記各探索軸を求めるための探索開始点を含む探索開始平面の領域および当該探索開始平面に含まれる初期探索軸を求める初期探索軸検出部と、
上記探索開始平面の領域内で且つ上記初期探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこのデータ群に最小二乗法を適用して新たな更新探索軸を求める第１更新探索軸検出部と、
上記第１更新探索軸検出部で求められた更新探索軸上に上記探索開始点を投影するとともに、この更新探索軸上で探索開始平面の領域を延長し、この延長された平面領域内で且つ更新探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこれらデータ群に最小二乗法を適用して更なる更新探索軸を求める工程を探索終了条件を満たすまで繰り返し行う第２更新探索軸検出部と、
上記第２更新探索軸検出部で求められた第１探索軸および第２探索軸により探索平面を決める探索平面決定部とを具備させたものである。
Further, in the search plane detection unit of the shape data acquisition apparatus, the search plane is determined by the first search axis and the second search axis orthogonal to the first search axis, and each search axis is obtained. In addition to using the three-layer planar area detection method,
The search plane detection unit is
An area of a search start plane including a search start point for obtaining each search axis and an initial search axis detection unit for obtaining an initial search axis included in the search start plane;
A three-layer plane area detection method is applied to a data group in the search start plane area and along the initial search axis to obtain a data group within an allowable thickness area, and a new least square method is applied to the data group. A first update search axis detector for obtaining a new update search axis;
Projecting the search start point on the update search axis obtained by the first update search axis detection unit, extending the area of the search start plane on the update search axis, and within the extended plane area and Searching the data group along the update search axis by applying the three-layer planar area detection method to obtain the data group within the allowable thickness range and applying the least squares method to these data groups to complete the process of obtaining the additional search axis A second update search axis detection unit that repeats until the condition is satisfied;
And a search plane determination unit that determines a search plane by the first search axis and the second search axis obtained by the second update search axis detection unit.
さらに、上記各形状データの取得装置に、構造部材の表面を表すデータ群に凸包処理を施し仮外形としての多角形を求める凸包処理部と、
この凸包処理部で求められた多角形の各辺を延長して交点を求める交点検出部と、
この交点検出部で求められた交点を有し且つ多角形の外側に形成される仮想三角形の面積を求める面積算出部と、
この面積算出部で求められた仮想三角形のうち、面積が一番小さい仮想三角形を多角形に含ませて当該多角形の角数を１つ減らす手順を繰り返すことにより当該角数が最終形状としての角数となるようにする角数減少部とを具備させたものである。
Furthermore, a convex hull processing unit for obtaining a polygon as a temporary outer shape by performing a convex hull processing on the data group representing the surface of the structural member in each shape data acquisition device,
An intersection detection unit that obtains an intersection by extending each side of the polygon obtained by the convex hull processing unit;
An area calculation unit for obtaining an area of a virtual triangle having an intersection obtained by the intersection detection unit and formed outside the polygon;
Among the virtual triangles obtained by the area calculation unit, the virtual triangle having the smallest area is included in the polygon and the procedure for reducing the number of corners of the polygon by one is repeated, so that the number of corners becomes the final shape. It is provided with a corner number reduction portion that makes the number of corners.
上記形状データの取得方法および取得装置によると、レーザ距離計により得られた構造部材の表面の三次元データ群から探索平面を検出するとともに、この検出された探索平面にデータ群をレーザ光の照射角度にて投影することにより、構造部材の表面を表すデータ群を取得するようにしたので、従来のレーザ光による計測とカメラ画像を併用してその表面を検出するものに比べて、容易に且つ精度が低下することなく、離れた場所に在る構造部材の形状を検出することができる。 According to the above-described shape data acquisition method and acquisition apparatus, a search plane is detected from the three-dimensional data group on the surface of the structural member obtained by the laser distance meter, and the data group is irradiated to the detected search plane with laser light. Since the data group representing the surface of the structural member is obtained by projecting at an angle, it is easier and more easily than the conventional method of detecting the surface using a combination of measurement with a laser beam and a camera image. It is possible to detect the shape of the structural member at a remote location without degrading accuracy.
以下、本発明の実施例に係る構造部材の形状データの取得方法および取得装置を、図１〜図１７に基づき説明する。
本実施例では、橋梁などの構造物の部材同士を連結する接合部材（構造部材の一例）の形状データを、レーザ距離計を用いて取得する場合について説明する。
Hereinafter, a method and apparatus for acquiring shape data of a structural member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, a case will be described in which shape data of a joining member (an example of a structural member) that connects structural members such as a bridge is acquired using a laser distance meter.
通常、図１に示すように、橋梁１は、下側の桁材２と、上側の梁材３と、これらを連結する連結材４とから構成されており、これらの部材同士は接合部材５により接合されており、本実施例では、例えばこの接合部材５の形状データをレーザ距離計９を用いて取得するものである。
As shown in FIG. 1, the bridge 1 is generally composed of a
すなわち、桁材２側にレーザ距離計９を設置し、このレーザ距離計９からレーザ光Ｌを、例えば上側の接合部材５に対して照射し、出射から入射までの時間を計測して接合部材５までの距離を計測するようにしたもので、多数の点を計測して表面の三次元位置データを、すなわちデータ群を求めることにより、その形状データを求めるようにしたものである。なお、ここでは、接合部材５としては、図２に示すように、梁材３と連結材４とを板状の接合部材（所謂、ガセットプレートであり、以下、板材とも称する）５により接合するものについて説明する。
That is, the laser distance meter 9 is installed on the side of the
具体的には、接合部材５の表面形状すなわち板材の平面形状、および連結具としてボルト７の挿入用孔の位置を取得する場合について説明する。
なお、本発明には、形状データの取得方法と取得装置とがあるが、理解を容易にするために、まず形状データの取得方法を説明し、その後、形状データの取得装置について説明する。
Specifically, the case where the surface shape of the joining
In the present invention, there are a shape data acquisition method and an acquisition device. In order to facilitate understanding, the shape data acquisition method will be described first, and then the shape data acquisition device will be described.
上述したように、レーザ距離計９により、レーザ光Ｌを接合部の接合部材（計測対象である構造部材であり、所定の平面領域の一例でもある）５に照射し接合部材５表面までの距離を計測するのであるが、レーザ光Ｌが照射される計測点は多数であり、例えば縦横２ｍｍ間隔（この数値に限定されるものでもなく、計測精度に応じて、例えば２〜５ｍｍ程度の間隔にされる）で設けられる。したがって、接合部材５の表面の位置を示す三次元のデータ群（点群データともいう）が得られ、これらのデータ群から接合部材５、特にその表面、すなわち平面およびボルト７の挿通用孔などの位置、具体的にはその中心位置が取得（検出）される。
As described above, the laser distance meter 9 irradiates the joining member (a structural member to be measured, which is also an example of a predetermined planar region) 5 with the laser beam L, and the distance to the surface of the joining
ところで、同一の板材の表面であれば、本来、同一平面上のデータとして得られるが、実際には、レーザ距離計９の計測誤差により板材の厚さ方向でばらつきが生じる。したがって、本実施例では、このばらつきのあるデータ群から板材表面を示す平面データを検出する方法として、三層平面域検出法というものを用いる。 By the way, if it is the surface of the same board | plate material, originally, it will be obtained as data on the same plane, but in reality, dispersion | variation arises in the thickness direction of a board | plate material by the measurement error of the laser distance meter 9. FIG. Therefore, in this embodiment, a method called a three-layer plane area detection method is used as a method for detecting plane data indicating the surface of the plate material from the data group having variations.
この三層平面域検出法とは、図３に示すように、計測の対象となる領域（なお、以下において、探索領域と称して説明する）の平面内に含まれる任意の軸方向に沿って所定間隔毎に分割する（区切る）ことにより連続する多数のグリッド（分割域）Ｇを設ける（考える）とともに、これら各グリッドＧに対して板状の接合部材（以下、板材と表現した方が分かり易い場合には板材と称する）５の厚さ方向で、当該板材の表面であると見做し得る（正確に言うと、板材の厚さ範囲内と見做し得る）許容厚さ域（ターゲット域ともいう）Ａと、この板材の表面から突出する例えばボルト７または当該板材とは異なる部材（他の板材）であると想定し得る非許容厚さ域（遷移域ともいう）Ｂとを考え、許容厚さ域Ａに入っているデータ群を平面を示すデータと見做す方法である。なお、各グリッド毎に複数のデータが存在するが、その平均値が代表値と見做して処理が行われる。 As shown in FIG. 3, this three-layer plane area detection method is along an arbitrary axial direction included in the plane of an area to be measured (hereinafter referred to as a search area). A number of continuous grids (divided areas) G are provided (considered) by dividing (separating) at predetermined intervals, and a plate-like joining member (hereinafter referred to as a plate material) is understood for each grid G. In the thickness direction of 5 (referred to as plate material if easy), it can be considered as the surface of the plate material (to be precise, it can be considered within the thickness range of the plate material) A) and A non-allowable thickness region (also referred to as a transition region) B that can be assumed to be, for example, a bolt 7 or a member (other plate material) different from the plate material protruding from the surface of the plate material , Showing the plane of the data group in the allowable thickness range A It is a data and considered to method. Note that there are a plurality of data for each grid, but the processing is performed by regarding the average value as a representative value.
具体的に説明すると、接合部材５の表面を計測したデータ群を平面内の或る軸方向に沿って配置すると、図３に示すように、許容厚さ域Ａおよびその両外側の非許容厚さ域Ｂのいずれかにプロットされることになる。
More specifically, when a data group obtained by measuring the surface of the joining
図３においては、中央の７つのグリッド群Ｇ（Ｇ１）は許容厚さ域Ａに入っていることを示すとともに、このグリッド群Ｇの両外側の４つのグリッド群Ｇ（Ｇ２）は非許容厚さ域Ｂに入っており、さらにその外側にも、それぞれ１つの許容厚さ域Ａを示すグリッドＧ（Ｇ３）があることを示している。つまり、中央の７つのグリッド群Ｇ（Ｇ１）のデータは接合部材５の表面を示しているとともに、両外側の４つのグリッド群Ｇ（Ｇ２）はボルト７の頭部の表面であることを示している。以下の説明において、許容厚さ域Ａに入っているグリッドを平面グリッド（ターゲットグリッドともいう）と称するとともに、非許容厚さ域Ｂに入っているグリッドを遷移グリッドと称して説明する。
FIG. 3 shows that the center seven grid groups G (G1) are within the allowable thickness range A, and the four grid groups G (G2) on both outer sides of the grid group G are non-allowable thicknesses. It is shown that there is a grid G (G3) that is in the range B and that further has one allowable thickness range A on the outside thereof. That is, the data of the seven grid groups G (G1) in the center indicate the surface of the joining
ところで、非許容厚さ域Ｂに少しでも点が存在するグリッドは、たとえ、許容厚さ域Ａに点が存在していたとしても、許容厚さ域Ａに存在しないものとして取り扱う。これは、グリッド毎の平均値を用いて平面を検出する際に、探索軸（後述する）が平面に収束しなくなるのを防止するためである。 By the way, a grid in which even a small point exists in the non-allowable thickness region B is treated as not existing in the allowable thickness region A even if a point exists in the allowable thickness region A. This is for preventing the search axis (described later) from converging on the plane when the plane is detected using the average value for each grid.
まず、平面データの取得方法について説明する。
(１)任意の計測点を指定して探索開始点を決める。
(２)探索開始点を含む探索用仮領域（例えば、半径２０ｍｍ程度の小領域であり、一般的に言えば、レーザの奥行き方向精度の数倍程度（３〜７倍程度）、例えば４倍程度の半径とする領域である）を決めるとともに、この探索用仮領域内のデータ群から３点を適宜（または任意）に且つ複数組を抽出し、これら各組の３点のデータ群によりそれぞれ平面を求める［３点を平面の方程式（ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ＋ｄ＝０）に代入することにより１つの平面を決めることができる］。そして、これら複数の平面の平均値を求めることにより、探索開始平面を求める。
(３)上記求められた探索開始平面の法線を求め、この法線に直交する平面、つまり探索開始平面上に任意方向の軸（初期探索軸であり、以下、ｘ軸と称するとともに、法線方向をｚ軸と称す）を決める。なお、得られた探索開始平面上に任意方向の軸を決めるとともに、この探索開始平面に直交する軸を決めるようにしてもよい。
(４)次に、探索開始点からの探索範囲を決定する。
First, a method for acquiring plane data will be described.
(1) Specify an arbitrary measurement point and determine the search start point.
(2) Temporary search area including a search start point (for example, a small area having a radius of about 20 mm, generally speaking, about several times (about 3 to 7 times) the accuracy in the depth direction of the laser, for example, 4
(3) The normal line of the obtained search start plane is obtained, and a plane orthogonal to the normal line, that is, an axis in an arbitrary direction on the search start plane (an initial search axis, hereinafter referred to as an x-axis, The line direction is called the z-axis). Note that an axis in an arbitrary direction may be determined on the obtained search start plane, and an axis orthogonal to the search start plane may be determined.
(4) Next, the search range from the search start point is determined.
すなわち、ｘ軸方向で探索開始点から探索する所定の長さ範囲つまり初期探索領域を決定する。例えば、１０個のグリッド群［１グリッドの幅は、同じ平面上に生じると思われる空白部（ここでは、ボルトの挿通用孔）の１／２〜１／３程度にされ、例えば１グリッドの幅を１２．５ｍｍとすると、初期探索領域は１２５ｍｍ（１０個×１２．５ｍｍ＝１２５ｍｍ）となる］について探索する。この探索範囲としては、探索用仮領域の長さの数倍程度、例えば２〜５倍程度にされる。
(５)ｘ軸に対して三層平面域検出法を適用する。
That is, a predetermined length range to be searched from the search start point in the x-axis direction, that is, an initial search area is determined. For example, 10 grid groups [the width of one grid is set to about 1/2 to 1/3 of a blank portion (here, a bolt insertion hole) that is supposed to be generated on the same plane. When the width is 12.5 mm, the initial search area is searched for 125 mm (10 × 12.5 mm = 125 mm). The search range is about several times the length of the search temporary area, for example, about 2 to 5 times.
(5) A three-layer plane area detection method is applied to the x-axis.
すなわち、図３に示すように、ｘ軸に沿うデータ群を板材の厚さ方向と見做せるｚ軸方向に投影した場合の探索開始平面（Ｈ）からのずれ量を検出した後、このずれ量が許容厚さ域Ａ内に属するデータ群を抽出する。
(６)この抽出されたデータ群に対し、グリッドＧ毎の平均値を求める。
(７)これらグリッドＧ毎に求められた平均値に最小二乗法を適用して、ｘ軸を新たに求める。
(８)上記探索開始点を(７)で新たに求められた更新ｘ軸（更新探索軸）上に投影する。
(９)この更新ｘ軸上に投影された探索開始点を更新探索開始点として、さらに当該更新ｘ軸に沿って探索領域を数倍に延ばす。例えば、探索領域を２倍に延ばす。
(10)上述した(１)〜(９)の手順を、非許容厚さ域Ｂのデータ群が探索終了条件［接合部材としてのデータが存在しないことが確実に言える範囲を超えるまで、具体的には、孔許容値（孔であると思われる空白部の最大距離）内に平面グリッドが存在しないという条件、簡単に言えば、データが存在しないという条件］を超えるまで、探索領域を広げながら（例えば、探索領域を、２倍から４倍、そして８倍へと等比拡大させて延ばしていく）繰り返し行う。すなわち、順次、更新ｘ軸を求め、最終的に探索用としての探索ｘ軸（第１探索軸）を求める。
(11)上記探索ｘ軸を求めたと同様の手順を、探索開始平面にて当該ｘ軸と直交するｙ軸についても行い、探索ｙ軸（第２探索軸）を求める（図４参照）。
(12)次に、上記探索ｘ軸と探索ｙ軸との最接近点同士の中間点（ｚ軸方向での中間位置）ｐを通り、探索ｘ軸方向をｘ軸とするとともに探索ｙ軸方向をｙ軸とする仮の探索平面（以下、仮探索平面という）を求める。そして、探索ｘ軸と探索ｙ軸とを仮探索平面上に投影する（図４の破線で示すｘ軸，ｙ軸参照）。
(13)上記仮探索平面上で、上述したグリッドサイズを用いて、二次元グリッドを作成するとともにこの二次元グリッドのデータ群に対して、三層平面域検出法を適用して、平面グリッドを抽出する。なお、図５中、丸印が平面グリッドを示し、三角印が遷移グリッドを示す。
That is, as shown in FIG. 3, after detecting the amount of deviation from the search start plane (H) when the data group along the x-axis is projected in the z-axis direction which can be regarded as the thickness direction of the plate, this deviation is detected. A data group whose quantity falls within the allowable thickness range A is extracted.
(6) An average value for each grid G is obtained for the extracted data group.
(7) The least square method is applied to the average value obtained for each grid G to newly obtain the x-axis.
(8) The search start point is projected on the updated x-axis (updated search axis) newly obtained in (7).
(9) Using the search start point projected on the update x-axis as an update search start point, the search area is further extended several times along the update x-axis. For example, the search area is doubled.
(10) The above-described procedures (1) to (9) are performed until the data group in the non-allowable thickness region B exceeds the search end condition [exceeding the range where it can be reliably said that there is no data as a joining member. While expanding the search area until it exceeds the condition that the planar grid does not exist within the hole tolerance (maximum distance of the blank part that seems to be a hole), in other words, the condition that there is no data] (For example, the search area is extended by equal magnification from 2 times to 4 times and then 8 times). That is, the updated x-axis is obtained sequentially, and finally the search x-axis (first search axis) for search is obtained.
(11) The same procedure as that for obtaining the search x-axis is performed for the y-axis orthogonal to the x-axis on the search start plane to obtain the search y-axis (second search axis) (see FIG. 4).
(12) Next, an intermediate point (intermediate position in the z-axis direction) p between the closest points of the search x-axis and the search y-axis passes through the search x-axis direction as the x-axis and the search y-axis direction Is a temporary search plane (hereinafter referred to as a temporary search plane). Then, the search x-axis and the search y-axis are projected on the temporary search plane (see the x-axis and y-axis indicated by the broken lines in FIG. 4).
(13) On the temporary search plane, a two-dimensional grid is created using the grid size described above, and a three-layer plane area detection method is applied to the data group of the two-dimensional grid. Extract. In FIG. 5, circles indicate planar grids, and triangles indicate transition grids.
(14)これら抽出された平面グリッド毎においてそれぞれ点群の平均値を求め、そしてこれらの点に対し、最小二乗法を適用し接合部材の表面を表す探索平面を求める。図６に、この求められた探索平面を示す。なお、図６中、丸印は平面グリッドでの平均値を示している。
(15)上記探索平面に対して且つレーザ光Ｌの照射角度も考慮し、許容厚さ域Ａ内に入るデータ群をそれぞれ投影し、探索平面上でのデータ群を取得する。勿論、探索平面上でのデータ群すなわち投影点は、計測点を通り且つその計測点の計測に係るレーザ光Ｌの照射角度から得られる方向余弦を持つ直線と、探索平面との交点として求められる。言い換えれば、計測誤差に起因する探索平面から外れているデータ群を探索平面上にレーザ光Ｌの照射方向に沿って置き直していることになる。これにより、計測対象である板材の表面を示すデータ群が容易に且つ精度よく取得される。
(14) The average value of the point group is obtained for each of the extracted plane grids, and the search plane representing the surface of the joining member is obtained by applying the least square method to these points. FIG. 6 shows the obtained search plane. In FIG. 6, circles indicate average values on a planar grid.
(15) Each data group that falls within the allowable thickness region A is projected with respect to the search plane and in consideration of the irradiation angle of the laser beam L, and a data group on the search plane is acquired. Of course, the data group on the search plane, that is, the projection point, is obtained as an intersection of the search plane and a straight line that passes through the measurement point and has a direction cosine obtained from the irradiation angle of the laser light L related to the measurement of the measurement point. . In other words, the data group deviating from the search plane due to the measurement error is relocated along the irradiation direction of the laser light L on the search plane. Thereby, the data group which shows the surface of the board | plate material which is a measuring object is acquired easily and accurately.
すなわち、平面グリッドＧを抽出することにより、探索平面に位置する板材のデータ、およびその突出部分を除いた、つまり、ボルト７の挿通用孔（図７に示す、但し、図７は分かりやすいように、図２のものを上下逆に図示している）８を抽出し得るデータ群（二次元データ群）を取得することができる。 That is, by extracting the plane grid G, the plate material data located in the search plane and the protruding portion thereof are excluded, that is, the insertion hole for the bolt 7 (shown in FIG. 7, provided that FIG. 7 is easy to understand. In addition, the data group (two-dimensional data group) from which 8 can be extracted can be acquired.
そして、これらのデータ群に基づき、板材である接合部材５の外形およびボルト７の挿通孔８の位置、より正確には、その中心位置を抽出することができる。
次に、上記接合部材５の表面を示す平面データからその外形を求める手順について説明する。ここでは、図７に示すような接合部材５の場合について説明する。
(１)許容厚さ域Ａ内にあるデータ群に凸法処理を施して外形を求める。
Based on these data groups, the outer shape of the joining
Next, a procedure for obtaining the outer shape from the plane data indicating the surface of the joining
(1) The convex shape is applied to the data group in the allowable thickness range A to obtain the outer shape.
すなわち、最外周の平面グリッドのデータ群に対して凸包処理を施すことにより、当該データ群の外形を抽出する。
凸包処理とは、データ群のうち、例えば端の点を第一点ａに指定し、この第一点ａに対する他の点への角度を求めるとともに、角度で他の点を整列させる。そして、第一点ａから、整列された次の第二点ｂおよびさらにその次の第三点ｃとを直線で連結し、三角形を作る。次に、次の第四点ｄを連結した場合、２点（ｂ，ｄ）を結ぶ直線よりも中間の第三点ｃが内側に入る場合には、凸包ではなくなるため、第三点ｃを除外し、新たな３つの点（ａ，ｂ，ｄ）にて三角形を作る。このように、順次、連結する点を増やして行く際に、或る点がその前後の点に対して凹んだ状態になっている場合には、その或る点を外していくことにより、全体として、凸状の多角形を得る処理である。なお、凸包処理を簡単に言えば、二次元の点群を全て囲むように輪ゴムをかけると、輪ゴムは連続線分を形成することになり、この閉じた連続線分を求める処理をいう。
(２)次に、本来の形状である最終形状の角数を入力する。例えば、板材が長方形である場合には「４」を入力する（この数値は、予め、設定しておいてもよい）。
(３)例えば、図８（ａ）で示すように、角が８つ形成されている場合には、各辺を当該８角形の外側で交差するようにそれぞれ延長して、図８（ｂ）に示すように、交点［（イ）〜（チ）］を求める。
(４)次に、図８（ｃ）に示すように、これらの交点を有し且つ板材の外側に形成される三角形の面積を求め、一番小さい三角形の部分（斜線にて示す）を板材に含ませて、その角数を１つ減らす。
(５)上記手順を繰り返し、図８（ｄ）に示すように、角数が最終形状の５つ（５角）になるようにする。
That is, the outer shape of the data group is extracted by performing convex hull processing on the data group of the outermost planar grid.
In the convex hull process, for example, an end point is designated as the first point a in the data group, an angle to the other point with respect to the first point a is obtained, and the other points are aligned by the angle. Then, from the first point a, the next aligned second point b and further the next third point c are connected by a straight line to form a triangle. Next, when the next fourth point d is connected, when the third point c in the middle of the straight line connecting the two points (b, d) enters inside, the third point c And a triangle is formed with three new points (a, b, d). In this way, when increasing the number of points to be sequentially connected, if a certain point is in a state of being depressed with respect to the previous and subsequent points, the whole point is removed by removing the certain point. As a process for obtaining a convex polygon. In brief, the convex hull process is a process of obtaining a closed continuous line segment by forming a continuous line segment when the rubber band is applied so as to surround the two-dimensional point group.
(2) Next, the number of corners of the final shape, which is the original shape, is input. For example, if the plate is rectangular, “4” is input (this numerical value may be set in advance).
(3) For example, as shown in FIG. 8A, when eight corners are formed, each side is extended so as to intersect outside the octagon, and FIG. As shown in Fig. 5, the intersection points [(I) to (H)] are obtained.
(4) Next, as shown in FIG. 8 (c), the area of a triangle having these intersections and formed on the outside of the plate material is obtained, and the smallest triangular portion (shown by diagonal lines) is the plate material. To reduce the number of corners by one.
(5) The above procedure is repeated so that the number of corners becomes five (five corners) of the final shape as shown in FIG.
この最終形状が求める板材の形状データとなる。すなわち、接合部材５の最終形状のデータが取得される。
さらに、上記抽出された平面データに基づき接合部材５に設けられている連結具であるボルト７の挿通用孔の位置、すなわち孔の中心位置を求める手順について説明する。
This final shape is the shape data of the plate material to be obtained. That is, the final shape data of the joining
Further, a procedure for obtaining the position of the insertion hole of the bolt 7 that is a connecting tool provided in the joining
以下の説明では、例えば矩形状の検索対象領域を複数個、例えば４個に分割し、そしてデータが存在している分割領域をさらに４個に分割し、この手順を繰り返し最後の分割領域が所定の大きさ（最終領域であり、当然ながら、孔の大きさより小さく、面積で比較すると、１／２〜１／３程度の大きさにされている）になるまで繰り返すことにより、孔の有無を検出する場合について説明する。 In the following description, for example, a rectangular search target region is divided into a plurality of, for example, four, and the divided region where data exists is further divided into four, and this procedure is repeated to determine the final divided region as a predetermined region. By repeating until the size becomes (the final region, which is, of course, smaller than the size of the hole and compared with the area, the size is about 1/2 to 1/3), A case of detection will be described.
なお、検索対象領域を４分割したものを１次グリッドと称し、次にこの４分割されたものを２次グリッドと称し、そしてさらに順次分割していき、ｎ回目に４分割したものをｎ次グリッドと称して説明する。また、分割されるグリッドを親グリッドと称するとともに、４分割して得られるグリッドを子グリッドと称する場合もある。 Note that the search target area divided into four parts is called a primary grid, then the four divided parts are called secondary grids, and further divided sequentially, and the n-th divided one is divided into n-orders. This will be described as a grid. In addition, the divided grid is referred to as a parent grid, and a grid obtained by dividing into four is sometimes referred to as a child grid.
例えば、図９は、接合部材５の表面として得られたデータ郡を６回分割した場合（検索対象領域は０次グリッドであり、これを含めると、７層の検索となる）のグリッドの分割状態を示している。なお、図９についても、図２のものを上下逆に図示している。また、参考として、図１０に、接合部材５の表面の分割の仕方（分割領域）を示しておく。
For example, FIG. 9 shows the division of the grid when the data group obtained as the surface of the joining
以下、連結具であるボルト７の挿通用孔８の位置を求める手順を、図９および図１０に基づき具体的に説明する。
(１)得られた板材のデータ群（二次元データ群）を全て囲み得る検索対象領域を示す検索枠２１を設定する。
(２)検索枠２１を４分割して４個の１次グリッド（群）２２を得る（図１０の（ａ）部参照）。
(３)データが存在する１次グリッド２２を４分割して２次グリッド（群）２３を得る（図１０の（ｂ）部参照）。
(４)データが存在する２次グリッド２３を４分割して３次グリッド（群）２４を得る（図１０の（ｂ）部参照）。
(５)上記分割作業と同様に、データが存在する（ｎ−１）次グリッドをさらに４分割してｎ次グリッド（群）を得る。例えば、４次グリッド（群）２５、５次グリッド（群）２６を得る（図１０の（ｃ）部参照）。
(６)ｎ次グリッドが最小単位（検索対象の大きさより小さい領域、上述したように、例えば１／２〜１／３程度の大きさ）になった場合には分割作業を停止する。ここでは、６次グリッド（群）２７が得られると、分割作業が停止される（図１０の（ｄ）部参照）。
(７)次に、同一の親グリッドに含まれる複数の子グリッドについて、それぞれのデータの有無状態が同一である場合には子グリッド同士を結合（マージ）して、子グリッドを無くす。このマージ処理を、その対象が無くなるまで繰り返す。
(８)次に、隣接するグリッド同士のデータの有無状態が同一であるものについては、同一のラベルとなるようにラベリング処理を行う。すなわち、データの有無に応じて、２種類のラベリングが施されたことになる。
(９)データが無い同一ラベルグループのうち、面積が許容範囲（孔の最小値から最大値の範囲）内にあるものを抽出し、その重心位置を挿通用孔８の仮中心位置と決定する。例えば、図１１に示すようなデータが得られ、その中心にデータが存在しない空白部が得られ、これがボルト７の挿通用孔８であることを示し、またその重心を仮中心位置とする。
Hereinafter, the procedure for obtaining the position of the
(1) A
(2) The
(3) The
(4) The
(5) Similar to the above division operation, the (n-1) th order grid in which data exists is further divided into four to obtain an nth order grid (group). For example, a quaternary grid (group) 25 and a quintic grid (group) 26 are obtained (see part (c) of FIG. 10).
(6) When the n-th order grid becomes the smallest unit (area smaller than the size of the search target, as described above, for example, about 1/2 to 1/3), the division work is stopped. Here, when the sixth grid (group) 27 is obtained, the division work is stopped (see part (d) in FIG. 10).
(7) Next, regarding the plurality of child grids included in the same parent grid, when the data presence / absence states are the same, the child grids are joined (merged) to eliminate the child grids. This merging process is repeated until there are no more targets.
(8) Next, a labeling process is performed so that the data having the same presence / absence state between adjacent grids has the same label. That is, two types of labeling are performed according to the presence or absence of data.
(9) From the same label group with no data, those having an area within the allowable range (range from the minimum value to the maximum value of the hole) are extracted, and the position of the center of gravity is determined as the temporary center position of the
次に、上記手順にて求められた孔の中心位置の精度を上げる手順について説明する。
(10)図１２に示すように、上記(９)の手順で求められた仮中心位置３１を中心とし、その孔を放射状に複数個、例えば１６個に分割する。
(11)次に、放射状に分割された各扇形状部３２内のデータ群のうち、一番、仮中心位置３１に近いデータを１個だけ抽出する。
(12)次に、上記抽出された各扇形状部３２内のデータを、任意に３個取り出してこれら３点を通る円を求める。
(13)上記(12)で求められた円内に含まれるデータ個数がノイズとして許容し得る個数（例えば、２〜３個で、ノイズ許容個数ともいえる）内である円のうち、最も半径が大きい円３３を求め、この円３３の中心位置をボルト７の挿通用孔８の中心と見做す。
Next, a procedure for increasing the accuracy of the center position of the hole obtained by the above procedure will be described.
(10) As shown in FIG. 12, the hole is radially divided into a plurality of, for example, 16 holes around the temporary center position 31 obtained in the procedure of (9).
(11) Next, from the data group in each fan-shaped
(12) Next, arbitrarily extract three pieces of data in each of the extracted fan-shaped
(13) Among the circles in which the number of data included in the circle obtained in (12) above is within the number that can be allowed as noise (for example, 2 to 3 and can be said to be the allowable number of noise), the radius is the largest. A
すなわち、上記手順により、ボルト７の挿通用孔８の中心位置が取得されたことになる。
次に、上記データの取得方法を実行するためのデータの取得装置について説明する。
That is, the center position of the
Next, a data acquisition apparatus for executing the data acquisition method will be described.
なお、この取得装置は、レーザ距離計により得られた三次元のデータ群に基づき、接合部材の平面を示すデータ、および接合部材の外形、並びに連結具であるボルトの中心つまり挿通用孔の中心位置を求めるものであり、実際には、コンピュータ装置に具備されたプログラムにより実行されるものである。 In addition, this acquisition device is based on the three-dimensional data group obtained by the laser distance meter, data indicating the plane of the joining member, the outer shape of the joining member, and the center of the bolt that is the connecting tool, that is, the center of the insertion hole. The position is obtained, and is actually executed by a program provided in the computer apparatus.
そのため、この取得装置の説明においては、プログラムの主要部分、つまり演算機能を特徴的に表した構成要件（後述するが、取得部、検出部、決定部、処理部、算出部、減少部、抽出部、分割部、設定部など）を具備するものとして説明する。 For this reason, in the description of the acquisition device, the main part of the program, that is, the configuration requirements characteristically representing the calculation function (which will be described later, the acquisition unit, the detection unit, the determination unit, the processing unit, the calculation unit, the reduction unit, the extraction unit, A description will be given assuming that the image processing apparatus includes a unit, a division unit, a setting unit, and the like.
図１３に示すように、この形状データの取得装置４０は、大きく分けて、接合部材５の表面と見做し得る所定の平面領域における三次元のデータ群を取得する平面データ取得手段４１と、この平面データ取得手段４１で得られたデータ群からその外形データを取得（抽出）する外形データ取得手段４２と、上記平面データ取得手段４１にて得られたデータ群から連結具であるボルト７の挿入用孔８の中心位置を取得（抽出）する孔データ取得手段４３とから構成されている。
As shown in FIG. 13, the shape
まず、平面データ取得手段４１について説明する。
この平面データ取得手段４１には、図１４に示すように、レーザ距離計９により接合部材５の表面の三次元位置を示すデータ群を取得するデータ群取得部５１と、このデータ群取得部５１で取得されたデータ群から探索を行うための探索平面を検出する探索平面検出部５２と、この探索平面検出部５２で検出された探索平面にデータ群をレーザ距離計９からのレーザ光Ｌの照射角度を考慮して投影し構造部材の表面を表すデータ群を取得する表面データ取得部５３とが具備されている。
First, the plane
As shown in FIG. 14, the plane
また、上記探索平面検出部５２は、探索平面を探索ｘ軸（第１探索軸）と当該探索ｘ軸に直交する探索ｙ軸（第２探索軸）とで決定するようにするとともにこれら各探索軸を求めるのに三層平面域検出法が用いられるものであり、
当該探索平面検出部５２には、上記各探索軸を求めるための探索開始点を含む探索開始平面の領域および当該探索開始平面に含まれる初期探索軸を求める初期探索軸検出部５６と、
上記探索開始平面の領域内で且つ上記初期探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこのデータ群に最小二乗法を適用して新たな更新探索軸を求める第１更新探索軸検出部５７と、
上記第１更新探索軸検出部５７で求められた更新探索軸上に上記探索開始点を投影するとともに、この更新探索軸上で探索開始平面の領域を延長し、この延長された平面領域内で且つ更新探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこれらデータ群に最小二乗法を適用して更なる更新探索軸を求める工程を探索終了条件を満たすまで繰り返し行う第２更新探索軸検出部５８と、
上記第２更新探索軸検出部５８で求められた探索ｘ軸および探索ｙ軸により探索平面を決める探索平面決定部５９とが具備されている。
Further, the search
The search
A three-layer plane area detection method is applied to a data group in the search start plane area and along the initial search axis to obtain a data group within an allowable thickness area, and a new least square method is applied to the data group. A first update
The search start point is projected on the update search axis obtained by the first update search
A search
なお、上記各更新探索軸検出部５７，５８には、図示しないが、探索開始平面上で求められた初期探索軸に三層平面域検出法および最小二乗法を適用して新たなｘ軸を求めるとともに順次更新して探索ｘ軸を求める探索ｘ軸決定部と、上記探索ｘ軸を求めたと同様の手順を、探索開始平面にて当該ｘ軸と直交するｙ軸についても行い探索ｙ軸を求める探索ｙ軸決定部とが具備されている。
Although not shown in the drawings, the update
また、図１５に示すように、上記外形データ取得手段４２には、接合部材５の表面を表すデータ群に凸包処理を施し仮外形としての多角形を求める凸包処理部（多角形処理部ともいえる）６１と、この凸包処理部６１で求められた多角形の各辺を延長して交点を求める交点検出部６２と、この交点検出部６２で得られた交点を有し且つ多角形の外側に形成される仮想三角形の面積を求める面積算出部６３と、この面積算出部６３で求められた一番小さい仮想三角形の部分を多角形に含ませて当該多角形の角数を１つ減らすとともに、当該角数が最終形状としての所定角数になるまで繰り返す角数減少部６４とが具備されている。
Further, as shown in FIG. 15, the outer shape
さらに、図１６に示すように、孔データ取得手段４３には、前処理としてデータ群（上述した平面データ取得手段にて得られたデータ群で、つまり、三層平面域検出法が用いられて得られたデータ群である）から孔部を抽出するための孔抽出部７１と、この孔抽出部７１で抽出された孔の中心を仮中心位置として当該孔を放射状の直線により複数の扇形状領域に分割する領域分割部７２と、この領域分割部７２で分割された各扇形状領域内のデータ群のうち、仮中心位置に最も近いデータを抽出する仮中心位置抽出部７３と、この仮中心位置抽出部７３で抽出された各扇形状領域内のデータを任意に３個取り出すとともにこれら３点を通る円を複数個求める円算出部７４と、この円算出部７４で求められた円内に含まれるデータ個数がノイズ許容個数内である円のうち、最も半径が大きい円を抽出するとともに、この円の中心位置を連結具であるボルト７の挿通用孔８の中心とする孔位置算出部７５とが具備されている。
Furthermore, as shown in FIG. 16, the hole data acquisition means 43 uses a data group (a data group obtained by the above-described plane data acquisition means, that is, a three-layer plane area detection method) as preprocessing. A
上記孔抽出部７１には、図１７に示すように、得られたデータ群を全て囲み得る検索対象領域を示す検索枠を設定する検索枠設定部８１と、この検索枠設定部８１で設定された検索枠を４分割して４個の１次分割域（１次グリッド）を得た後、データが存在する１次グリッドを４分割して４個の２次分割域（２次グリッド）を得る工程を、順次、繰り返すことにより、データが存在する（ｎ−１）次グリッドをさらに４分割するとともに、当該分割された４個のｎ次分割域（ｎ次グリッド）が孔より小さい面積である最小単位になるまで繰り返す分割処理部８２と、この分割処理部８２で得られたデータに対して、同一の親グリッドに含まれる複数の子グリッドについて、それぞれのデータの有無状態が同一である場合には子グリッド同士を結合して子グリッドを無くすマージ処理を、その対象が無くなるまで繰り返す結合処理部８３と、この結合処理部８３で得られた隣接するグリッド同士のデータの有無状態が同一であるものについては、同一のラベルとなるようにラベリング処理を行うラベリング処理部８４と、このラベリング処理部８４で得られたものに対して、データが無い同一ラベルグループのうち、面積が許容範囲（孔の最小値から最大値までの範囲）内にあるものを抽出し、その重心位置を挿通用孔の仮中心位置と決定する仮中心位置決定部８５とが具備されている。
In the
なお、上記実施例においては、互いに直交する探索ｘ軸と探索ｙ軸との２つの探索軸にて求められる探索平面に対して適用したが、これとは別に複数の探索軸を求めて探索するようにすれば、複雑な形状を有する表面に対しても、十分な形状データを取得することができる。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to a search plane obtained by two search axes, ie, a search x-axis and a search y-axis that are orthogonal to each other. In this way, sufficient shape data can be acquired even for a surface having a complicated shape.
ところで、上記実施例においては、平面探索時およびデータ投影時に三層平面域検出法をそれぞれ用いたが、そのときの許容厚さ域（ターゲット域）の大きさ（寸法）については、同じ大きさであってもよいが、それぞれに応じた大きさにすることができる。また、同じデータ群に対しても、平面によって、例えば計測角度や誤差範囲などを考慮して許容厚さ域の大きさを変更してもよい。これにより、さらに精度の高い平面形状を取得することができる。すなわち、許容厚さ域の大きさは計測対象物の表面状態に応じて適宜変更することができる。 By the way, in the above embodiment, the three-layer plane area detection method is used at the time of plane search and data projection, but the size (dimension) of the allowable thickness area (target area) at that time is the same size. Although it may be, it can be made the size according to each. For the same data group, the size of the allowable thickness range may be changed by considering the measurement angle, error range, etc., depending on the plane. Thereby, a more accurate planar shape can be acquired. That is, the size of the allowable thickness region can be changed as appropriate according to the surface state of the measurement object.
また、上記実施例においては、平面データの取得について説明したが、取得したデータ群から平行な複数の平面データを取得することにより、奥行き寸法および立体形状のデータも取得することができる。 In the above embodiment, the acquisition of the plane data has been described. However, by acquiring a plurality of parallel plane data from the acquired data group, the data of the depth dimension and the three-dimensional shape can also be acquired.
さらに、上記実施例においては、既設の橋梁を対象としたので、ボルト等の突出部の点群から孔の中心位置を求める場合について説明したが、孔部を直接計測できる場合には、当然ながら、孔そのものの大きさ（寸法）を取得することができる。 Furthermore, in the above embodiment, since the existing bridge is targeted, the case where the center position of the hole is obtained from the point group of the projecting part such as a bolt has been described, but of course, when the hole part can be directly measured, The size (dimension) of the hole itself can be acquired.
特に、三層平面域検出法を用いることにより、構造部材である接合部材の挿通用孔にボルトが取り付けられているような場合、すなわちボルト孔がボルトにより見えない場合でも、ボルトの頭部を除去した孔データ（点群データ）を得ることができるので、ボルトを取り外すことなく、ボルトの挿通用孔の中心位置を得ることができる。また、除去する対象物がボルトの頭部の他に、例えばリベット、座金などのように、平面から突出している部材であってもよい。すなわち、これらが挿通されまたは配置されている孔の中心位置を精度良く取得することができる。 In particular, by using the three-layer plane area detection method, even when a bolt is attached to the insertion hole of the joining member, which is a structural member, that is, even when the bolt hole is not visible by the bolt, the head of the bolt is removed. Since the removed hole data (point cloud data) can be obtained, the center position of the bolt insertion hole can be obtained without removing the bolt. In addition to the bolt head, the object to be removed may be a member protruding from a flat surface, such as a rivet or a washer. That is, the center position of the hole through which these are inserted or arranged can be obtained with high accuracy.
上述した形状データの取得方法および取得装置の構成によると、レーザ距離計により接合部材の表面の三次元位置のデータ群を得るとともに、これら得られたデータ群に対して探索平面領域を求め、この探索平面領域における厚さ方向のデータ群に対して、三層平面域検出法を適用して、接合部材と見做し得る平面データを抽出するようにしたので、従来のように、レーザ光による計測とカメラ画像を併用してその表面を検出するものに比べて、容易に且つ精度が低下することなく、離れた場所に在る接合部材の形状を検出することができる。 According to the shape data acquisition method and the configuration of the acquisition device described above, a data group of the three-dimensional position of the surface of the joining member is obtained by a laser distance meter, and a search plane region is obtained for the obtained data group, Since the three-layer plane area detection method is applied to the data group in the thickness direction in the search plane area, plane data that can be regarded as a joining member is extracted. The shape of the joining member at a remote location can be detected easily and without a decrease in accuracy as compared with the case where the surface is detected using both measurement and camera images.
ここで、孔データの取得方法および取得装置の概略構成について記載しておく。
孔データの取得方法には、物体表面の有無を示すデータ群から抽出された孔の中心を仮中心位置として当該孔を放射状の直線により複数の扇形状領域に分割する工程と、
上記分割された各扇形状領域内のデータ群のうち、仮中心位置に最も近いデータを抽出する工程と、
上記抽出された各扇形状領域内のデータを任意に３個取り出すとともにこれら３点を通る円を複数求める工程と、
上記求められた円内に含まれるデータ個数がノイズ許容個数内である円のうち、半径が最も大きい円を抽出するとともに、この円の重心を孔の中心位置として取得する工程とが具備されている。
Here, the outline configuration of the hole data acquisition method and acquisition apparatus will be described.
The hole data acquisition method includes the step of dividing the hole into a plurality of fan-shaped regions by a radial line with the center of the hole extracted from the data group indicating the presence or absence of the object surface as a temporary center position;
Extracting the data closest to the temporary center position from the data group in each of the divided fan-shaped regions;
Arbitrarily extracting three pieces of data in each of the extracted fan-shaped regions and obtaining a plurality of circles passing through these three points;
A step of extracting a circle having the largest radius from among the circles in which the number of data included in the obtained circle is within the allowable number of noises, and obtaining the center of gravity of the circle as the center position of the hole. Yes.
また、上記取得方法には前処理工程が具備されており、この前処理工程は、
得られたデータ群を全て囲み得る検索対象領域を示す検索枠を設定する工程と、
検索枠を４分割して４個の１次分割域を得た後、データが存在する１次分割域を４分割して４個の２次分割域を得る工程と、
上記分割域の分割を繰り返すことにより、データが存在する（ｎ−１）次分割域（以下、親分割域と称す）をさらに４分割するとともに、当該分割された４個のｎ次分割域（以下、子分割域と称す）が孔より小さい面積である最小単位になるまで繰り返す工程と、
同一の親分割域に含まれる複数の子分割域について、それぞれのデータの有無状態が同一である場合には子分割域同士を結合して子分割域を無くすマージ処理を、その対象が無くなるまで繰り返す工程と、
隣接する分割域同士のデータの有無状態が同一であるものについては、同一のラベルとなるようにラベリング処理を行う工程と、
データが無い同一ラベルグループのうち、面積が許容値（孔の最小値から最大値までの範囲）内にあるものを孔として抽出するとともに、その重心を孔の仮中心位置と決定する工程とから構成されている。
In addition, the acquisition method includes a pretreatment process,
Setting a search frame indicating a search target area that can enclose all the obtained data groups;
Dividing the search frame into four to obtain four primary divided areas, and then dividing the primary divided area where data exists into four to obtain four secondary divided areas;
By repeating the division of the divided area, the (n-1) th order divided area (hereinafter referred to as a parent divided area) in which data exists is further divided into four and the divided nth order divided areas ( (Hereinafter referred to as a sub-divided area) is repeated until the minimum unit is an area smaller than the hole,
When multiple child sub-regions included in the same parent sub-region have the same data presence / absence status, merge processing is performed until the child sub-regions are eliminated by combining the child sub-regions until the target is removed. Repeating the process;
For the same data presence / absence state between adjacent divided areas, a step of performing a labeling process so as to be the same label,
From the same label group with no data, the area whose area is within an allowable value (range from the minimum value to the maximum value of the hole) is extracted as a hole, and the center of gravity is determined as the temporary center position of the hole It is configured.
さらに、孔データの取得装置には、物体表面の有無を示すデータ群から抽出された孔の中心を仮中心位置として当該孔を放射状の直線により複数の扇形状領域に分割する形状分割部と、
この形状分割部で分割された各扇形状領域内のデータ群のうち、仮中心位置に最も近い内寄りデータを抽出する内寄りデータ抽出部と、
この内寄りデータ抽出部で抽出された扇形状領域内におけるデータを任意に３個取り出すとともにこれら３点を通る円を複数求める円算出部と、
この円算出部で求められた円内に含まれるデータ個数がノイズ許容個数内である円のうち、最も半径が大きい円を抽出するとともに、この円の中心を孔の中心位置とする中心位置算出部とが具備されている。
Furthermore, the hole data acquisition device includes a shape dividing unit that divides the hole into a plurality of fan-shaped regions by a radial line with the center of the hole extracted from the data group indicating the presence or absence of the object surface as a temporary center position;
Among the data groups in each fan-shaped region divided by the shape dividing unit, an inward data extracting unit that extracts inward data closest to the temporary center position;
A circle calculation unit for arbitrarily extracting three pieces of data in the fan-shaped region extracted by the inward data extraction unit and obtaining a plurality of circles passing through these three points;
The circle with the largest radius is extracted from the circles whose data is within the allowable number of noises, and the center position is calculated with the center of this circle as the center of the hole. Are provided.
また、孔データの取得装置には、前処理手段が具備されており、
この前処理手段は、得られたデータ群を全て囲み得る検索対象領域を示す検索枠を設定する検索枠設定部と、
この検索枠設定部で設定された検索枠を４分割して４個の１次分割域を得た後、データが存在する１次分割域を４分割して４個の２次分割域を得る工程を、順次、繰り返すことにより、データが存在する（ｎ−１）次分割域（以下、親分割域と称す）をさらに４分割するとともに、当該分割された４個のｎ次分割域（以下、子分割域と称す）が孔より小さい面積である最小単位になるまで繰り返す分割処理部と、
この分割処理部で得られたデータに対して、同一の親分割域に含まれる複数の子分割域について、それぞれのデータの有無状態が同一である場合には子分割域同士を結合して子分割域を無くすマージ処理を、その対象が無くなるまで繰り返す結合処理部と、
この結合処理部で得られた隣接する分割域同士のデータの有無状態が同一であるものについては、同一のラベルとなるようにラベリング処理を行うラベリング処理部と、
このラベリング処理部で得られたものに対して、データが無い同一ラベルグループのうち、面積が許容範囲内にあるものを抽出し、その重心を孔の仮中心位置と決定する仮中心位置決定部とから構成されている。
In addition, the hole data acquisition device is provided with pre-processing means,
The preprocessing means includes a search frame setting unit that sets a search frame indicating a search target area that can enclose all the obtained data groups,
After dividing the search frame set by the search frame setting unit into four to obtain four primary divided areas, the primary divided area in which data exists is divided into four to obtain four secondary divided areas. By repeating the process in sequence, the (n-1) th order division area (hereinafter referred to as a parent division area) in which data exists is further divided into four, and the four divided nth order division areas (hereinafter referred to as parent division areas). A division processing unit that repeats until it becomes a minimum unit that is an area smaller than the hole),
For the data obtained by this division processing unit, when the presence / absence state of each data is the same for a plurality of child divided areas included in the same parent divided area, the child divided areas are joined to each other. A merge processing unit that repeats the merge processing for eliminating the divided area until the target is eliminated; and
A labeling processing unit that performs a labeling process so as to have the same label for those having the same data presence / absence state between adjacent divided areas obtained by the combining processing unit,
A temporary center position determination unit that extracts the same label group having no data from those obtained by the labeling processing unit and whose area is within the allowable range and determines the center of gravity as the temporary center position of the hole. It consists of and.
１ 橋梁
２ 桁材
３ 梁材
４ 連結材
５ 接合板材
７ ボルト
８ 挿通用孔
９ レーザ距離計
４０ 形状データ取得装置
４１ 平面データ取得手段
４２ 外形データ取得手段
４３ 孔データ取得手段
５１ データ群取得部
５２ 探索平面検出部
５３ 表面データ取得部
５６ 初期探索軸検出部
５７ 第１更新探索軸検出部
５８ 第２更新探索軸検出部
５９ 探索平面決定部
６１ 多角形検出部
６２ 交点検出部
６３ 面積算出部
６４ 角数減少部
７１ 孔抽出部
７２ 領域分割部
７３ 仮中心位置算出部
７４ 円算出部
７５ 孔位置算出部
８１ 検索枠設定部
８２ 分割処理部
８３ 結合処理部
８４ ラベリング処理部
８５ 仮中心位置決定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
レーザ距離計により構造部材の表面の三次元位置を示すデータ群を取得する工程と、
上記データ群から探索を行うための探索平面を検出する工程と、
上記検出された探索平面にデータ群をレーザ距離計からのレーザ光の照射角度を考慮して投影し構造部材の表面を表すデータ群を取得する工程と
を具備したことを特徴とする構造部材の形状データの取得方法。 An acquisition method for acquiring shape data of a structural member by searching a predetermined plane region based on a data group indicating a three-dimensional position of the surface of a plate-shaped structural member obtained by a laser distance meter,
Acquiring a data group indicating a three-dimensional position of the surface of the structural member by a laser distance meter;
Detecting a search plane for searching from the data group;
Projecting the data group on the detected search plane in consideration of the irradiation angle of the laser beam from the laser rangefinder to obtain a data group representing the surface of the structural member. How to get shape data.
第１探索軸および第２探索軸を求めるのに三層平面域検出法を用いるとともに上記各探索軸を求めるための探索開始点を含む探索開始平面の領域および当該探索開始平面に含まれる初期探索軸を求める工程と、
上記探索開始平面の領域内で且つ初期探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこのデータ群に最小二乗法を適用して新たな更新探索軸を求める工程と、
上記求められた更新探索軸上に上記探索開始点を投影するとともに、この更新探索軸上で探索開始平面の領域を延長し、この延長された平面領域内で且つ更新探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこれらデータ群に最小二乗法を適用して更なる更新探索軸を求める工程を探索終了条件を満たすまで繰り返し行う工程と、
上記工程により求められた第１探索軸および第２探索軸により探索平面を検出する工程と
を具備させたことを特徴とする請求項２に記載の構造部材の形状データの取得方法。 As a step of determining a search plane by a first search axis and a second search axis orthogonal to the first search axis and detecting the search plane by the first search axis and the second search axis,
The three-layer plane area detection method is used to obtain the first search axis and the second search axis, and the search start plane area including the search start point for obtaining each search axis and the initial search included in the search start plane The process of finding the axis;
A three-layer plane area detection method is applied to a data group in the search start plane area and along the initial search axis to obtain a data group within an allowable thickness area, and a new least square method is applied to the data group. Obtaining an update search axis;
Projecting the search start point on the obtained update search axis, extending the area of the search start plane on the update search axis, and in the data group along the update search axis in the extended plane area Applying the three-layer planar area detection method to obtain data groups within the allowable thickness range and applying the least squares method to these data groups to obtain further update search axes until the search end condition is satisfied ,
The method for obtaining shape data of a structural member according to claim 2, further comprising a step of detecting a search plane based on the first search axis and the second search axis obtained by the above steps.
上記求められた多角形の各辺を延長して交点を求める工程と、
上記交点を有し且つ多角形の外側に形成される仮想三角形の面積を求める工程と、
上記求められた仮想三角形のうち、面積が一番小さい仮想三角形を多角形に含ませて当該多角形の角数を１つ減らす工程と、
上記角数を減らす工程を繰り返すことにより当該角数が最終形状としての角数となるようにする工程と
を具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構造部材の形状データの取得方法。 Applying a convex hull process to the data group representing the surface of the structural member to obtain a polygon as a temporary outline;
Extending each side of the obtained polygon to obtain an intersection; and
Obtaining an area of a virtual triangle having the intersection and formed outside the polygon;
Of the obtained virtual triangles, including the virtual triangle having the smallest area in the polygon and reducing the number of corners of the polygon by one;
The structural member according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of repeating the step of reducing the number of corners so that the number of corners becomes a number of corners as a final shape. To acquire the shape data.
レーザ距離計により構造部材の表面の三次元位置を示すデータ群を取得するデータ群取得部と、
上記データ群から探索を行うための探索平面を検出する探索平面検出部と、
上記検出された探索用平面にデータ群をレーザ距離計からのレーザ光の照射角度を考慮して投影し構造部材の表面を表すデータ群を取得する表面データ取得部と
を具備したことを特徴とする構造部材の形状データの取得装置。 An acquisition device for acquiring shape data of a structural member by searching a predetermined plane region based on a data group indicating a three-dimensional position of the surface of a plate-shaped structural member obtained by a laser distance meter,
A data group acquisition unit for acquiring a data group indicating a three-dimensional position of the surface of the structural member by a laser distance meter;
A search plane detector for detecting a search plane for searching from the data group;
And a surface data acquisition unit for acquiring a data group representing the surface of the structural member by projecting the data group on the detected search plane in consideration of the irradiation angle of the laser beam from the laser rangefinder. An apparatus for acquiring shape data of a structural member.
当該探索平面検出部を、
上記各探索軸を求めるための探索開始点を含む探索開始平面の領域および当該探索開始平面に含まれる初期探索軸を求める初期探索軸検出部と、
上記探索開始平面の領域内で且つ上記初期探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこのデータ群に最小二乗法を適用して新たな更新探索軸を求める第１更新探索軸検出部と、
上記第１更新探索軸検出部で求められた更新探索軸上に上記探索開始点を投影するとともに、この更新探索軸上で探索開始平面の領域を延長し、この延長された平面領域内で且つ更新探索軸に沿うデータ群に三層平面域検出法を適用して許容厚さ域内のデータ群を求めるとともにこれらデータ群に最小二乗法を適用して更なる更新探索軸を求める工程を探索終了条件を満たすまで繰り返し行う第２更新探索軸検出部と、
上記第２更新探索軸検出部で求められた第１探索軸および第２探索軸により探索平面を決定する探索平面決定部と
を具備させたことを特徴とする請求項６に記載の構造部材の形状データの取得装置。 In the search plane detection unit, the search plane is determined by a first search axis and a second search axis orthogonal to the first search axis, and a three-layer plane area detection method is used to obtain each search axis. With
The search plane detection unit is
An area of a search start plane including a search start point for obtaining each search axis and an initial search axis detection unit for obtaining an initial search axis included in the search start plane;
A three-layer plane area detection method is applied to a data group in the search start plane area and along the initial search axis to obtain a data group within an allowable thickness area, and a new least square method is applied to the data group. A first update search axis detector for obtaining a new update search axis;
Projecting the search start point on the update search axis obtained by the first update search axis detection unit, extending the area of the search start plane on the update search axis, and within the extended plane area and Searching the data group along the update search axis by applying the three-layer planar area detection method to obtain the data group within the allowable thickness range and applying the least squares method to these data groups to complete the process of obtaining the additional search axis A second update search axis detection unit that repeats until the condition is satisfied;
The structural member according to claim 6, further comprising: a search plane determination unit that determines a search plane based on the first search axis and the second search axis obtained by the second update search axis detection unit. Shape data acquisition device.
この凸包処理部で求められた多角形の各辺を延長して交点を求める交点検出部と、
この交点検出部で求められた交点を有し且つ多角形の外側に形成される仮想三角形の面積を求める面積算出部と、
この面積算出部で求められた仮想三角形のうち、面積が一番小さい仮想三角形を多角形に含ませて当該多角形の角数を１つ減らす手順を繰り返すことにより当該角数が最終形状としての角数となるようにする角数減少部と
を具備したことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の構造部材の形状データの取得装置。 A convex hull processing unit that performs convex hull processing on the data group representing the surface of the structural member to obtain a polygon as a temporary outline;
An intersection detection unit that obtains an intersection by extending each side of the polygon obtained by the convex hull processing unit;
An area calculation unit for obtaining an area of a virtual triangle having an intersection obtained by the intersection detection unit and formed outside the polygon;
Among the virtual triangles obtained by the area calculation unit, the virtual triangle having the smallest area is included in the polygon and the procedure for reducing the number of corners of the polygon by one is repeated, so that the number of corners becomes the final shape. An apparatus for acquiring shape data of a structural member according to any one of claims 5 to 7, further comprising: a number-decreasing unit configured to obtain a number of corners.
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