特許第6702710号(P6702710)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6702710自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6702710
(24)【登録日】2020年5月11日
(45)【発行日】2020年6月3日
(54)【発明の名称】自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法
(51)【国際特許分類】
   G06T 1/00 20060101AFI20200525BHJP
   G06F 30/10 20200101ALI20200525BHJP
   G01B 21/20 20060101ALI20200525BHJP
【FI】
   G06T1/00 315
   G06F17/50 628Z
   G01B21/20 Z
【請求項の数】4
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2015-244478(P2015-244478)
(22)【出願日】2015年12月15日
(65)【公開番号】特開2016-194896(P2016-194896A)
(43)【公開日】2016年11月17日
【審査請求日】2018年12月13日
(31)【優先権主張番号】10-2015-0045325
(32)【優先日】2015年3月31日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】515348806
【氏名又は名称】スリーディー・システムズ・コリア・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司
(74)【代理人】
【識別番号】100140176
【弁理士】
【氏名又は名称】砂川 克
(72)【発明者】
【氏名】ドゥス・キム
(72)【発明者】
【氏名】スンヨブ・キム
(72)【発明者】
【氏名】ドンフン・イー
(72)【発明者】
【氏名】ゼグァン・ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ソンウク・ジョー
(72)【発明者】
【氏名】ジョンマン・ジョー
(72)【発明者】
【氏名】ウォンフン・チョイ
【審査官】 山田 辰美
(56)【参考文献】
【文献】 特開2006−343310(JP,A)
【文献】 特開2006−343311(JP,A)
【文献】 特開2013−190249(JP,A)
【文献】 特開2006−208237(JP,A)
【文献】 木崎 健太郎,自動検査への適用を強化した「Imageware 10」,NIKKEI DIGITAL ENGINEERING,日経BP社,2003年 1月15日,第62号,p.52
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G06T 1/00
G01B 21/20
G06F 30/10
IEEE Xplore
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンピューティングデバイスにユーザーコマンドを入力し、自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用して検査対象物を検査する方法であって、
a)検査対象物の設計データであるCADデータを入力する段階と、
b)3次元スキャナを利用して検査対象物の形状を示す3次元スキャンデータを取得し、取得した3次元スキャンデータを入力する段階と、
c)前記CADデータに検査に必要な幾何形状を生成する段階と、
d)前記スキャンデータに前記CADデータに生成された幾何形状と対応する幾何形状を自動的に生成する段階と、
e)CADデータとスキャンデータを同じ座標に整列する段階と、
f)前記CADデータとスキャンデータに生成された幾何形状を利用して検査要素を生成し、CADデータの検査要素とスキャンデータの検査要素とを比較する段階と、
g)前記検査要素の比較結果に基づいて、検査対象物が設計データに合うように設計されたかを判断して、結果報告書を生成する段階とを含むことを特徴とし、
前記d段階は、
i)CADデータのそれぞれの面に該当するスキャンデータを抽出してCADデータとスキャンデータを1:1でマッチングさせ、データフィルタリングを行う段階と、
ii)CADデータとスキャンデータが1:1でマッチングされた状態で、適合したスキャンデータを得るために、追加のデータフィルタリングを行う段階とを含むことを特徴とし、
前記i)段階は、
CADデータとスキャンデータの垂直方向の要素の偏差が設定値以上であるものをフィルタリングする段階と、
CADデータとスキャンデータのエッジ要素の偏差が設定値以上であるものをフィルタリングする段階とを含むことを特徴とする、自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
【請求項2】
前記フィルタリング段階は、サイズおよび密度に関する定められた基準に基づいて、CADデータとの差が発生するスキャンデータをフィルタリングすることを特徴とする請求項に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
【請求項3】
前記ii)段階は、
設定された厚さ領域に該当するCADデータのみを結果として使用する段階と、
CADデータとスキャンデータの垂直方向の要素を再び比較して、その偏差が設定値以上であるものを再度フィルタリングする段階と、
フィルタリングが完了したスキャンデータから異常点を探し出す段階とを含むことを特徴とする請求項に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
【請求項4】
前記異常点を探し出す段階は、数学的な統計を利用する方法、百分率でサンプリングする方法、またはすべての点が設定距離に近づくようにする方法を用いることを特徴とする請求項に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、CADデータを利用して製作された検査対象物が正確に製作されたかを判断するための検査対象物の検査方法に関するもので、自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に、CAD/ CAM / CAEを活用するデジタル生産システムの運用にあたって、設計データであるCADデータを利用して物品を製作した後、製作された物品をスキャンして得られた3次元スキャンデータとCADデータとを比較して、製作された物品が設計どおりに正確に製作されたかを確認する作業を行う。
【0003】
このような設計データとCADデータとを比較して製作された物品を検査する方法が、例えば特許第10-0637727号に開示されている。
【0004】
前記先行文献に開示された検査方法を含んで、従来のCADデータとスキャンデータの検査方法は、概ね次のように進行される。
【0005】
まず、検査システムにCADデータを入力する。そして、3次元スキャナを利用して検査対象物品を測定し、この測定されたスキャンデータを検査システムに入力する。続いて、CADデータから検査に必要な幾何形状を生成する。そして、スキャンデータにCADデータで定義した幾何形成と対応する幾何形状を生成する。続いて、CADデータとスキャンデータの座標を合わせる。そして、前述した幾何形状で検査要素を生成し、これを比較して検査報告書を作成する。
【0006】
前述した従来の検査方法で、スキャンデータにCADデータで定義した幾何形状と対応する幾何形状を生成する過程は、根本的に検査結果に影響を与えることになる。具体的には、スキャンデータに幾何形状を生成するためには、作業者がスキャンデータから必要な部分を手動で選択した後、選択された部分のデータを利用して幾何形状を生成した。
【0007】
ところが、前述した従来の検査方法は、スキャンデータに幾何形状を生成する過程が作業者によって手動で行われるため、検査対象物の同じ部分に該当する幾何形状を生成するにおいて、作業者によって選択する領域が異なるので、生成された幾何形状の結果が異なる可能性があり、最終的な検査結果が異なる可能性があるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記した問題を解決するために発明されたものであって、設計データであるCADデータと対応するスキャンデータをユーザーが任意に選択する必要がなく、自動的な生成により検査対象物の最終検査結果が変わらないようにする、自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法を提供することを目的とする。
【0009】
上記した目的を達成するために、本発明は、コンピューティングデバイスにユーザーコマンドを入力し、自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用して検査対象物を検査する方法であって、a)検査対象物の設計データであるCADデータを入力する段階と、b)3次元スキャナを利用して検査対象物の形状を示す3次元スキャンデータを取得し、取得した3次元スキャンデータを入力する段階と、c)前記CADデータに検査に必要な幾何形状を生成する段階と、d)前記スキャンデータに前記CADデータに生成された幾何形状と対応する幾何形状を自動的に生成する段階と、e)CADデータとスキャンデータを同じ座標に整列する段階と、f)前記CADデータとスキャンデータに生成された幾何形状を利用して検査要素を生成し、CADデータの検査要素とスキャンデータの検査要素とを比較する段階と、g)前記検査要素の比較結果に基づいて、検査対象物が設計データに合うように設計されたかを判断して、結果報告書を生成する段階とを含むことを特徴とする。
【0010】
好ましくは、前記d段階は、i)CADデータのそれぞれの面に該当するスキャンデータを抽出してCADデータとスキャンデータを1:1でマッチングさせ、データフィルタリングを行う段階と、ii)CADデータとスキャンデータが1:1でマッチングされた状態で、適合したスキャンデータを得るために、追加のデータフィルタリングを行う段階とを含むことを特徴とする。
【0011】
ここで、前記i)段階は、CADデータとスキャンデータの垂直方向の要素の偏差が設定値以上であるものをフィルタリングする段階と、CADデータとスキャンデータのエッジ要素の偏差が設定値以上であるものをフィルタリングする段階とを含むことを特徴とする。
【0012】
好ましくは、前記フィルタリング段階は、サイズおよび密度に関する定められた基準に基づいて、CADデータとの差が発生するスキャンデータをフィルタリングすることを特徴とする。
【0013】
また、前記ii)段階は、設定された厚さ領域に該当するCADデータのみを結果として使用する段階と、CADデータとスキャンデータの垂直方向の要素を再び比較して、その偏差が設定値以上であるものを再度フィルタリングする段階と、フィルタリングが完了したスキャンデータから異常点を探し出す段階とを含むことを特徴とする。
【0014】
ここで、前記ii)段階は、CADデータの境界部分に該当するスキャンデータを排除する段階をさらに含むことを特徴とする。
【0015】
好ましくは、前記異常点を探し出す段階は、数学的な統計を利用する方法、百分率でサンプリングする方法、またはすべての点が設定距離に近づくようにする方法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、設計データであるCADデータと対応するスキャンデータをユーザーが任意に選択する必要なく、自動的に生成することで検査対象物の最終検査結果が同一になるので、全体の検査プロセスの反復性を保障することができる。
【課題を解決するための手段】
【0017】
以下、添付された図面を参照して、本発明に係る自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法の好ましい実施例を詳細に説明する。参考までに、以下で本発明を説明するにあたり、本発明の構成要素を指す用語は、それぞれの構成要素の機能を考慮して命名されたものなので、本発明の技術的構成要素を限定する意味で理解されてはならないのである。
【0018】
図1は、本発明の実施例を示すのに適した代表的な環境を示す図であり、本発明に係る自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法を行うための検査システムの構成を概略的に示したブロック図である。
【0019】
コンピューティングデバイス1は、本発明に係る検査方法を行うためのプロセッサを含む。コンピューティングデバイス1は、このようなプロセッサをサポートできるワークステーション(workstation)、サーバ(server)、ラップトップ(laptop)、メインフレーム(mainframe)、PDA、一緒に動作する装置のクラスタ(cluster)、仮想デバイス(virtual device)、または他のコンピューティングデバイスである。
【0020】
3次元スキャナ2は、スキャンされた3次元対象物、すなわち検査対象物の形状を表す高解像度点(high resolution point)を収集して検査対象物の物理的な形状情報を取得する。3次元スキャナ2を介して収集された3次元スキャンデータは、原始データであって、点群、三角メッシュ、正方形メッシュ、四面体メッシュ、または六面体メッシュである。
【0021】
ユーザーインターフェース3は、ユーザー4にとって設計データであるCADデータをコンピューティングデバイスに入力することができるようにし、ユーザーインターフェース3のユーザー入力により、本発明に係る検査方法を行うプロセスが実行される。また、ユーザーインターフェース3は、データをフィルタリングするためのいくつかのツール(tool)を選択し、パラメータを入力および設定するためのオプションを含む。
【0022】
図2は、本発明に係る自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法の一連の段階を示すフローチャートであり、図3a乃至3fは、図2の一連の段階に対応する処理過程を図式化した図である。
【0023】
本発明に係る自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用して検査対象物を検査する方法は、ユーザーがユーザーインターフェース3を利用してコンピューティングデバイス1にユーザーコマンドを入力すると、3次元スキャンデータの幾何形状が自動的に生成され、検査対象物が設計データの許容公差以内に適切に製作されたかを判断する方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
具体的には、本発明に係る検査方法は、次のような一連の段階を介して行われる。
【0025】
まず、検査対象物の設計データであるCADデータをコンピューティングデバイス1に入力する(S100)。ユーザー4は、ユーザーインターフェース3を利用してCADデータをコンピューティングデバイス1に入力することができる。図3aは、入力されたCADデータによって表示された検査対象物5を示す。
【0026】
続いて、検査対象物5の3次元スキャンデータをコンピューティングデバイス1に入力する(S200)。ユーザー4は、3次元スキャナ2を利用して検査対象物5の形状を示す3次元スキャンデータを取得することができる。ここで、3次元スキャナ2は、コンピューティングデバイス1と通信して、取得した3次元スキャンデータは、コンピューティングデバイス1に提供される。図3bは、入力された3次元スキャンデータによって表示された検査対象物5を示す。
【0027】
3次元スキャンデータの入力が完了したら、ユーザーは、ユーザーインターフェース3のオプションを利用してCADデータに検査に必要な幾何形状を生成する(S300)。この段階では、ユーザーは、ユーザーインターフェース3のオプションを利用して基準を設定し、この基準に沿った幾何形状を抽出する。図3cは、CADデータに検査に必要な幾何形状が生成される様子を図式化した図であり、ユーザーは、ユーザーインターフェース3のオプションを利用して基準面を設定し、1つの平面5aを抽出することができる。
【0028】
続いて、3次元スキャンデータに、CADデータに生成された幾何形状と対応する幾何形状を自動的に生成する(S400)。前述したように、CADデータの幾何形状が生成されると、コンピューティングデバイス1は、内蔵されたプロセスを実行して、CADデータに生成された幾何形状と対応する幾何形状を自動的に3次元スキャンデータに生成することができる。図3dは、3次元スキャンデータからCADデータの幾何形状と対応する幾何形状5bを生成した様子を図式化した図である。
【0029】
具体的には、S400の段階は、データをフィルタリングする二つの段階で行われる。まず、CADデータのそれぞれの面に対応するスキャンデータを抽出してCADデータとスキャンデータを1:1でマッチングさせた後、データをフィルタリングする(1次データフィルタリング段階)。続いて、CADデータとスキャンデータが1:1でマッチングされた状態で、適合したスキャンデータを取得するためにさらにデータをフィルタリングする(2次データフィルタリング段階)。
【0030】
1次データフィルタリング段階は、CADデータとスキャンデータの垂直方向の差が大きいものを選別する段階を含む。この段階は、CADデータとスキャンデータの垂直方向の要素の偏差が設定値以上であるデータをフィルタリングする段階である。また、1次データフィルタリング段階は、CADデータのエッジに該当するスキャンデータを選別する段階をさらに含む。この段階は、CADデータの鋭いエッジ(sharp edge)に該当するスキャンデータを抽出し、抽出されたデータ(CADデータとスキャンデータのエッジ要素)の偏差が設定値以上であるデータをフィルタリングする段階である。
【0031】
ここで、1次データフィルタリング段階の垂直方向の要素とエッジ要素のフィルタリングは、CADデータ全体のサイズと、スキャンデータ全体のサイズと、スキャンデータの密度に関する定められた基準に対して、CADデータとの差が発生するスキャンデータをフィルタリングするようにプログラムされている。
【0032】
2次フィルタリング段階は、次のような段階を実行してデータをフィルタリングする。
【0033】
まず、CADデータに厚さ領域(thickness zone)を与え、この領域内に入ってきたデータのみを結果として使用する。つまり、予め設定された厚さ領域に該当するCADデータのみを結果として使用する。
【0034】
続いて、CADデータの境界部分に該当するスキャンデータを排除させる。たとえば、図4aに示されたように、CADデータの上面から平面5aを生成するときに、一つの完全な平面ではなく、図4bに示すように境界6を有するCADデータ5eを使用することになる。しかし、スキャンデータは、この境界部分で他の要素と連結されてノイズが発生しやすい。このようなノイズの発生を避けるために、図4cに示されたように、境界部分7にフィルタリング処理をして、境界部分で一定距離のデータを使用しないことができる。このような段階は、ユーザーがスキャンデータの結果値に満足しなかった場合、ユーザーインターフェースのオプションを変更して実行することができる。図4dは、境界部分6に対するフィルタリング処理をせずにスキャンデータを抽出した場合を図式化した図である。
【0035】
その後、処理されたスキャンデータの垂直方向の要素とCADデータの垂直方向の要素をもう一度比較して、その偏差が設定値以上であるものを再度フィルタリングする。
【0036】
そして、このようにフィルタリングされたスキャンデータから異常点(outlier)を探し出すフィルタリングを実行する。ここで、データの異常点を探し出す段階は、数学的統計を利用して異常点をフィルタリングする方法(N* Sigma)と、単に百分率(%)でサンプリングして異常点をフィルタリングする方法(Ratio)と、すべての点が設定した距離に近づくようにする方法(Absolute Distance)のいずれかを利用することができる。このような方法は、ユーザーインターフェースのオプションを使用して、ユーザーが任意に選択可能である。そして、2次フィルタリング段階を介して選別されたスキャンデータを、その後のプロセスの最終結果物として使用する。
【0037】
前述した2次フィルタリング段階が完了すると、コンピューティングデバイス1は、設定されたプロセスに沿ってCADデータとスキャンデータを基準座標に整列する段階(S500)を実行する。このとき、前述したS300とS400の段階で生成された幾何形状5a、5bを利用することができる。CADデータ5cとスキャンデータ5dを基準座標に整列した状態が、図3eに示されている。
【0038】
続いて、コンピューティングデバイス1は、CADデータとスキャンデータに生成された幾何形状を利用して検査要素を生成し、CADデータの検査要素とスキャンデータの検査要素を比較する段階(S600)を実行する。具体的には、S600の段階は、S400段階で生成された幾何形状を利用して、図3fに示すように、直線、距離、半径などの検査要素を生成し、設計データであるCADデータとスキャンデータの値を比較する段階である。
【0039】
最後に、コンピューティングデバイスは、前述したS600段階で実行された検査要素の比較結果に基づいて、検査対象物5が設計データに合うように設計されたかを判断し、この判断結果について結果報告書を生成する(S700)。
【0040】
このように、本発明に係る自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法は、設計データであるCADデータと対応するスキャンデータをユーザーが任意に選択する必要がなく、自動的に生成することで検査対象物の最終検査結果が同一になるようにするので、全体の検査プロセスの反復性を保障することができる。
【0041】
以上で説明された本発明の実施例は、本発明の技術思想を例示的に示したものに過ぎず、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって解釈されるべきである。また、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正および変形が可能であるため、本発明と同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] コンピューティングデバイスにユーザーコマンドを入力し、自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用して検査対象物を検査する方法であって、
a)検査対象物の設計データであるCADデータを入力する段階と、
b)3次元スキャナを利用して検査対象物の形状を示す3次元スキャンデータを取得し、取得した3次元スキャンデータを入力する段階と、
c)前記CADデータに検査に必要な幾何形状を生成する段階と、
d)前記スキャンデータに前記CADデータに生成された幾何形状と対応する幾何形状を自動的に生成する段階と、
e)CADデータとスキャンデータを同じ座標に整列する段階と、
f)前記CADデータとスキャンデータに生成された幾何形状を利用して検査要素を生成し、CADデータの検査要素とスキャンデータの検査要素とを比較する段階と、
g)前記検査要素の比較結果に基づいて、検査対象物が設計データに合うように設計されたかを判断して、結果報告書を生成する段階とを含むことを特徴とする、自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
[2] 前記d段階は、
i)CADデータのそれぞれの面に該当するスキャンデータを抽出してCADデータとスキャンデータを1:1でマッチングさせ、データフィルタリングを行う段階と、
ii)CADデータとスキャンデータが1:1でマッチングされた状態で、適合したスキャンデータを得るために、追加のデータフィルタリングを行う段階とを含むことを特徴とする[1]に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
[3] 前記i)段階は、
CADデータとスキャンデータの垂直方向の要素の偏差が設定値以上であるものをフィルタリングする段階と、
CADデータとスキャンデータのエッジ要素の偏差が設定値以上であるものをフィルタリングする段階とを含むことを特徴とする[2]に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
[4] 前記フィルタリング段階は、サイズおよび密度に関する定められた基準に基づいて、CADデータとの差が発生するスキャンデータをフィルタリングすることを特徴とする[3]に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
[5] 前記ii)段階は、
設定された厚さ領域に該当するCADデータのみを結果として使用する段階と、
CADデータとスキャンデータの垂直方向の要素を再び比較して、その偏差が設定値以上であるものを再度フィルタリングする段階と、
フィルタリングが完了したスキャンデータから異常点を探し出す段階とを含むことを特徴とする[2]に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
[6] 前記ii)段階は、
CADデータの境界部分に該当するスキャンデータを排除する段階をさらに含むことを特徴とする[5]に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
[7] 前記異常点を探し出す段階は、数学的な統計を利用する方法、百分率でサンプリングする方法、またはすべての点が設定距離に近づくようにする方法を用いることを特徴とする[5]または[6]に記載の自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法。
【図面の簡単な説明】
【0042】
図1】本発明に係る自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法を行うための検査システムの構成を概略的に示したブロック図である。
図2】本発明に係る自動的に生成された3次元スキャンデータの幾何形状を利用した検査対象物の検査方法の一連の段階を示したフローチャートである。
図3a図2の一連の段階に対応するプロセスを図式化した図面である。
図3b図2の一連の段階に対応するプロセスを図式化した図面である。
図3c図2の一連の段階に対応するプロセスを図式化した図面である。
図3d図2の一連の段階に対応するプロセスを図式化した図面である。
図3e図2の一連の段階に対応するプロセスを図式化した図面である。
図3f図2の一連の段階に対応するプロセスを図式化した図面である。
図4a】2次データフィルタリング段階のプロセスを図式化した図面である。
図4b】2次データフィルタリング段階のプロセスを図式化した図面である。
図4c】2次データフィルタリング段階のプロセスを図式化した図面である。
図4d】2次データフィルタリング段階のプロセスを図式化した図面である。
図1
図2
図3a
図3b
図3c
図3d
図3e
図3f
図4a
図4b
図4c
図4d