特許 7187330 形状測定装置、形状測定システム、及び形状測定方法

(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】

(24)【登録日】2022-12-02

(45)【発行日】2022-12-12

(54)【発明の名称】形状測定装置、形状測定システム、及び形状測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20221205BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20221205BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

G01B11/24 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019004547

(22)【出願日】2019-01-15

(65)【公開番号】P2020112485

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】高辻 智大

(72)【発明者】

【氏名】片岡 隆之

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００４２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０１１３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００２９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９５１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４２１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】“ロールベンダーとは｜誰でもわかる！板金機械を徹底解説”，工作機械のイロハ，https://www.kousakukikai.tech/bendingroll/

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送り方向に送られながら曲げ加工された被測定物の側面視形状を測定する形状測定装置であって、
前記被測定物の主面に所定の線分を投影する光源と、
互いに離れて設置され、前記被測定物の主面をそれぞれ撮像する複数台のカメラを有するステレオカメラと、
前記複数台のカメラそれぞれによって撮像された画像に基づいて、前記被測定物のうち前記所定の線分が投影された領域の側面視形状を測定する形状測定部と、
を備え、
前記所定の線分は、前記送り方向にそれぞれ延び、互いに異なる２つ以上の線分を含み、
前記形状測定部は、前記所定の線分を示す点群を前記被測定物上に設定される平面に投影し、前記点群を回転させることによって前記平面上でのばらつきが最小となる点群の側面視形状を測定する、
形状測定装置。

【請求項2】

前記所定の線分は、前記２つ以上の線分が交わる交点を含む、
請求項１に記載の形状測定装置。

【請求項3】

前記形状測定部は、前記投影された領域の前記側面視形状を前記送り方向において２つ以上連ねる、
請求項１又は２に記載の形状測定装置。

【請求項4】

一対のサイドロールと、前記一対のサイドロールそれぞれの軸心を結ぶ線分に対して離接可能なトップロールとを有し、前記一対のサイドロールと前記トップロールとの間を送り方向に送られる被測定物を曲げ加工するベンディング装置と、
前記ベンディング装置によって曲げ加工された被測定物の側面視形状を測定する形状測定装置と、
を備え、
前記形状測定装置は、
前記被測定物の主面に所定の線分を投影する光源と、
互いに離れて設置され、前記被測定物の主面をそれぞれ撮像する複数台のカメラを有するステレオカメラと、
前記複数台のカメラそれぞれによって撮像された画像に基づいて、前記被測定物のうち前記所定の線分が投影された領域の側面視形状を測定する形状測定部と、
を有し、
前記所定の線分は、前記送り方向にそれぞれ延び、互いに異なる２つ以上の線分を含み、
前記形状測定部は、前記所定の線分を示す点群を前記被測定物上に設定される平面に投影し、前記点群を回転させることによって前記平面上でのばらつきが最小となる点群の側面視形状を測定する、
形状測定システム。

【請求項5】

送り方向に送られながら曲げ加工された被測定物の側面視形状を測定する形状測定方法であって、
前記被測定物の主面に所定の線分を投影する工程と、
互いに離れて設置され、前記被測定物の主面をそれぞれ撮像する複数台のカメラそれぞれによって撮像された画像に基づいて、前記被測定物のうち前記所定の線分が投影された領域の側面視形状を測定する工程と、
を備え、
前記所定の線分は、前記送り方向にそれぞれ延び、互いに異なる２つ以上の線分を含み、
前記側面視形状を測定する工程は、
前記所定の線分を示す点群を前記被測定物上に設定される平面に投影する工程と、
前記点群を回転させることによって前記平面上でのばらつきが最小となる点群を求める工程と、
前記ばらつきが最小となる点群の側面視形状を測定する工程と、
を含む、
形状測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状測定装置、形状測定システム、及び形状測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、曲げ加工が施された被測定物（板材、管材、及び棒材など）の曲げ径を測定するための装置として、被測定物の両側に配置された３セットの光源及びＣＣＤカメラと、被測定物の湾曲辺上における３点のｘ、ｙ座標を演算する座標演算手段とを備える曲げ径測定装置が知られている（特許文献１参照）。

【0003】

各ＣＣＤカメラは、光源からの光を集めるレンズと、レンズを通った光を受けるリニアアレイセンサーとを有する。３セットの光源及びＣＣＤカメラのそれぞれは、光源からリニアアレイセンサーに至る平面と湾曲辺との３つの交差位置のｙ座標が予め特定されるように配置される。座標演算手段は、リニアアレイセンサーから明暗のイメージ信号を取得し、イメージ信号の二値化信号に基づいて各交差位置のｘ座標を求める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平６－１１３２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の曲げ径測定装置では、各ＣＣＤカメラのリニアアレイセンサーの固定位置に応じた３点のｘ、ｙ座標に基づいて曲げ径が測定されるため、曲げ径の測定精度に限界があるだけでなく、被測定物のうち１箇所の湾曲辺における測定にしか対応できない。また、リニアアレイセンサーが所定位置に正確に固定されていなければ、曲げ径の測定結果に誤差が生じてしまう。

【0006】

本開示は、簡便かつ精度良く被測定物の形状を測定できる形状測定装置、形状測定システム、及び形状測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る形状測定装置は、送り方向に送られながら曲げ加工された被測定物の側面視形状を測定する。形状測定装置は、光源と、ステレオカメラと、形状測定部とを備える。光源は、被測定物の主面に所定の線分を投影する。ステレオカメラは、互いに離れて設置され、被測定物の主面をそれぞれ撮像する複数台のカメラを有する。形状測定部は、複数台のカメラそれぞれによって撮像された画像に基づいて、所定の線分を示す点群の三次元座標を取得し、点群の三次元座標に基づいて、被測定物のうち所定の線分が投影された領域の側面視形状を測定する。所定の線分は、送り方向にそれぞれ延び、互いに異なる２つ以上の線分を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、簡便かつ精度良く被測定物の形状を測定できる形状測定装置、形状測定システム、及び形状測定方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る形状測定システムの構成を示す模式図である。

【図2】被測定物の主面への第１及び第２線分の投影状態を示す模式図である。

【図3】被測定物の側面視形状の測定方法を説明するための模式図である。

【図4】被測定物の側面視形状を測定する工程を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の実施形態に係る形状測定システム１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る形状測定システム１００の構成を示す模式図である。

【0011】

形状測定システム１００は、ベンディング装置１０と、形状測定装置２０とを備える。ベンディング装置１０は、被測定物Ｗを送り方向Ｄｆに送りながら、被測定物Ｗを曲げ加工する。被測定物Ｗとしては、板材、管材、及び棒材などを用いることができる。本実施形態に係る被測定物Ｗは、板材であるものとする。形状測定装置２０は、送り方向Ｄｆに送られながら曲げ加工された被測定物Ｗの側面視形状を測定する。

【0012】

（ベンディング装置１０）
ベンディング装置１０は、第１サイドロール１１、第２サイドロール１２、トップロール１３、及び送り量検出部１４を有する。第１及び第２サイドロール１１，１２は、本開示に係る「一対のサイドロール」の一例である。

【0013】

第１サイドロール１１は、円柱状に形成される。第１サイドロール１１は、軸心１１ａを中心として送り方向Ｄｆにならって回転する。第２サイドロール１２は、円柱状に形成される。第２サイドロール１２は、第１サイドロール１１と平行に配置される。第２サイドロール１２は、軸心１２ａを中心として送り方向Ｄｆにならって回転する。

【0014】

トップロール１３は、円柱状に形成される。トップロール１３は、第１及び第２サイドロール１１，１２それぞれと平行に配置される。トップロール１３は、軸心１３ａを中心として送り方向Ｄｆにならって回転する。トップロール１３は、第１サイドロール１１の軸心１１ａと第２サイドロール１２の軸心１２ａとを結ぶ線分Ｌａに対して離接可能に設けられる。トップロール１３は、線分Ｌａに対して垂直に移動可能であってもよい。

【0015】

一対のサイドロール１１，１２とトップロール１３との間に配置された被測定物Ｗにトップロール１３を押しつけた状態で被測定物Ｗを送り方向Ｄｆに送ることによって、被測定物Ｗがロール状に曲げ加工される。

【0016】

送り量検出部１４は、送り方向Ｄｆに送られる被測定物Ｗの送り量を検出する。送り量検出部１４は、ローラ１４ａ及びロータリーエンコーダ１４ｂを含む。ローラ１４ａは、送り方向Ｄｆに送られる被測定物Ｗとともに回転する。ロータリーエンコーダ１４ｂは、ローラ１４ａの回転量を検出する。ロータリーエンコーダ１４ｂは、検出したローラ１４ａの回転量を形状測定装置２０に出力する。

【0017】

（形状測定装置２０）
形状測定装置２０は、光源２１、ステレオカメラ２３、及び形状測定部２５を備える。

【0018】

光源２１は、第１レーザ光源２１ａ及び第２レーザ光源２１ｂを有する。図２に示すように、第１レーザ光源２１ａは被測定物Ｗの主面Ｗｓに第１線分Ｌ１を投影し、第２レーザ光源２１ｂは被測定物Ｗの主面Ｗｓに第２線分Ｌ２を投影する。第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２は、本発明に係る「所定の線分」の一例である。第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２は、送り方向Ｄｆにそれぞれ延び、互いに異なる線分である。本実施形態において、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２のそれぞれは、送り方向Ｄｆ及び送り方向Ｄｆに垂直な幅方向それぞれに延びる。本実施形態において、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２は、交点Ｍ１において交差する。

【0019】

ステレオカメラ２３は、第１カメラ２３ａ及び第２カメラ２３ｂを有する。第１及び第２カメラ２３ａ，２３ｂは、互いに離れて設置される。第１及び第２カメラ２３ａ，２３ｂは、主面Ｗｓから等距離に配置される。第１及び第２カメラ２３ａ，２３ｂそれぞれは、被測定物Ｗの主面Ｗｓの等距離射影画像を撮像する。第１カメラ２３ａは、撮像した等距離射影画像を示す第１等距離射影画像データを形状測定部２５に出力し、第２カメラ２３ｂは、撮像した等距離射影画像を示す第２等距離射影画像データを形状測定部２５に出力する。

【0020】

形状測定部２５は、光源制御部２６、カメラ制御部２７、三次元座標取得部２８、及び画像処理部２９を有する。

【0021】

光源制御部２６は、被測定物Ｗが送り方向Ｄｆにおいて所定量送られるごとに、光源２１に第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を被測定物Ｗの主面Ｗｓに投影させる。カメラ制御部２７は、光源２１が第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を被測定物Ｗの主面Ｗｓに投影させるごとに、ステレオカメラ２３に第１及び２等距離射影画像を撮像させる。本実施形態では、被測定物Ｗが送り方向Ｄｆに所定量送られるごとに、被測定物Ｗは一旦停止されるものとする。

【0022】

三次元座標取得部２８は、ステレオカメラ２３から第１及び２等距離射影画像データを取得する。三次元座標取得部２８は、第１及び２等距離射影画像データに基づいて、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を示す点群の三次元座標を取得する。この際、三次元座標取得部２８は、画像上で最も輝度の高いラインを第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２として抽出することができる。この点群の三次元座標は、図２に示すｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸によって規定される。ｚ軸は、平面視した被測定物Ｗの送り方向Ｄｆに対応する。ｘ軸は、被測定物Ｗの幅方向に対応する。幅方向とは、被測定物Ｗの主面Ｗｓを平面視した場合に、送り方向Ｄｆに対して垂直な方向である。ｙ軸は、第１カメラ２３ａの光軸と第２カメラ２３ｂの光軸とに平行、かつ、それらの中央に位置する直線に対応する。

【0023】

画像処理部２９は、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を示す点群の三次元座標を参照して、ｚ座標の最小値及び最大値と、ｘ座標の最小値及び最大値とを取得する。画像処理部２９は、ｚ座標の最小値から最大値までｚ軸方向に走査することによって、点群に含まれる２点が走査線上に存在するかどうか判定する。画像処理部２９は、ｘ座標の最小値から最大値に達するまで、ｚ軸方向における走査を繰り返す。これにより、画像処理部２９は、走査線上に１点のみが存在する箇所を特定する。本実施形態では、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２がＸ字形であるため、走査線上に１点のみが存在する箇所とは、交点Ｍ１のことである。

【0024】

画像処理部２９は、交点Ｍ１を通るＺ軸、Ｘ軸、及びＹ軸を設定する。Ｚ軸、Ｘ軸、及びＹ軸は、それぞれ送り方向Ｄｆ、幅方向、及び光軸方向に対応する。

【0025】

画像処理部２９は、点群をＸ軸周りに回転させずにＺ-Ｘ平面に投影し、Ｚ-Ｘ平面上における点群のばらつきを計算する。続いて、画像処理部２９は、点群をＸ軸周りに一定角度回転させた後にＺ-Ｘ平面に再度投影し、Ｚ-Ｘ平面上における点群のばらつきを計算することをＸ軸周りに１００度程度回転するまで繰り返し、Ｚ-Ｘ平面上でのばらつきが最小値をとるときのＸ軸周りの角度を記憶する。

【0026】

また、画像処理部２９は、点群をＹ軸周りに回転させずにＺ-Ｙ平面に投影し、Ｚ-Ｙ平面上における点群のばらつきを計算する。続いて、画像処理部２９は、点群をＹ軸周りに一定角度回転させた後にＺ-Ｙ平面に再度投影し、Ｚ-Ｙ平面上における点群のばらつきを計算することをＹ軸周りに１００度程度回転するまで繰り返し、Ｚ-Ｙ平面上でのばらつきが最小値をとるときのＹ軸周りの角度を記憶する。

【0027】

画像処理部２９は、Ｚ-Ｘ平面上でのばらつきが最小値をとるときのＸ軸周りの角度、かつ、Ｚ-Ｙ平面上でのばらつきが最小値をとるときのＹ軸周りの角度に、点群を回転させることによって、各平面上でのばらつきが最小となる点群を求める。このように求められた点群は、図３に示すように、元の点群を側面視した点群である。そして、画像処理部２９は、側面視した点群をＺ-Ｘ平面に投影して、点群の側面視形状を測定する。続いて、画像処理部２９は、点群の側面視形状に基づいて点群の曲率を測定する。この点群の形状は、被測定物Ｗのうち第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２が投影された送り方向の領域（以下、「線分投影領域」という。）の側面視形状である。また、点群の曲率は、被測定物Ｗのうち線分投影領域の曲率である。

【0028】

以上のように、画像処理部２９は、被測定物Ｗが送り方向Ｄｆにおいて所定量送られるごとに、被測定物Ｗのうち線分投影領域の側面視形状及び曲率を測定する。そして、画像処理部２９は、線分投影領域の側面視形状を送り方向Ｄｆに２つ以上連ねることができる。この際、画像処理部２９は、送り量検出部１４から取得する被測定物Ｗの送り量を参照して、２つ以上の線分投影領域の側面視形状の連結点を正確に把握することができる。

【0029】

（形状測定方法）
次に、形状測定装置２０における形状測定方法について、図面を参照しながら説明する。図４は、被測定物Ｗの側面視形状を測定する工程を説明するためのフローチャートである。

【0030】

ステップＳ１において、光源制御部２６は、被測定物Ｗの送りが停止すると、光源２１に第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を被測定物Ｗの主面Ｗｓに投影させる。

【0031】

ステップＳ２において、カメラ制御部２７は、ステレオカメラ２３に第１及び２等距離射影画像を撮像させる。

【0032】

ステップＳ３において、三次元座標取得部２８は、第１及び２等距離射影画像を示す第１及び２等距離射影画像データに基づいて、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を示す点群の三次元座標を取得する。

【0033】

ステップＳ４において、画像処理部２９は、点群の三次元座標に基づいて、被測定物Ｗのうち第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２が投影された線分投影領域の側面視形状を測定する。具体的には、線分投影領域の側面視形状を測定する工程は、点群を被測定物Ｗ上に設定されるＺ-Ｘ平面及びＺ-Ｙ平面に投影する工程と、点群を回転させて、Ｚ-Ｘ平面上及びＺ-Ｙ平面上でばらつきが最小となる点群を求める工程と、ばらつきが最小となる点群の側面視形状を測定する工程とを含む。

【0034】

（特徴）
本実施形態に係る形状測定装置２０は、送り方向Ｄｆに送られながら曲げ加工された被測定物Ｗの側面視形状を測定する。形状測定装置２０は、光源２１と、ステレオカメラ２３と、形状測定部２５とを備える。光源２１は、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を被測定物Ｗの主面Ｗｓに投影する。ステレオカメラ２３は、互いに離れて設置され、被測定物Ｗの主面Ｗｓをそれぞれ撮像する第１及び第２カメラ２３ａ，２３ｂを有する。形状測定部２５は、第１及び第２カメラ２３ａ，２３ｂそれぞれによって撮像された第１及び第２等距離射影画像に基づいて、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を示す点群の三次元座標を取得し、点群の三次元座標に基づいて、被測定物Ｗのうち第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２が投影された線分投影領域の側面視形状を測定する。第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２のそれぞれは、送り方向Ｄｆに延び、互いに異なる線分である。

【0035】

本実施形態に係る形状測定装置２０では、送り方向Ｄｆにそれぞれ延び、互いに異なる第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２が利用されているため、被測定物Ｗのうち線分投影領域の側面視形状を、簡便かつ精度良く測定することができる。よって、本実施形態に係る形状測定装置２０によれば、湾曲加工であるか屈曲加工であるかに関わらず、線分投影領域に施された曲げ加工の度合いを正確に把握できる。また、本実施形態に係る形状測定装置２０によれば、側面視形状を自動的に短時間で測定できるだけでなく、例えば作業者が目視にて曲げ度合いを確認する場合に比べて安全性も担保できる。

【0036】

本実施形態において、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２は、両者が交わる交点Ｍ１を含む。そのため、上述したように、交点Ｍ１を基準として、第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を示す点群をＸ軸周り及びＹ軸周りに回転させることができるため、点群を側面視した状態を簡便かつ迅速に把握できる。

【0037】

本実施形態において、形状測定部２５は、線分投影領域の側面視形状を送り方向において２つ以上連ねることができる。よって、被測定物Ｗが長物であったとしても、被測定物Ｗの全体的な側面視形状を測定できる。

【0038】

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0039】

上記実施形態では、「所定の線分」の一例として、送り方向Ｄｆ及び幅方向それぞれに延び、Ｘ字形に交差する第１及び第２線分Ｌ１，Ｌ２を挙げたが、これに限られない。「所定の線分」は、送り方向Ｄｆにそれぞれ延び、互いに異なる線分を２つ以上含んでいればよい。よって、「所定の線分」は、送り方向Ｄｆにそれぞれ平行に延び、互いに離れた２つの線分を含んでいてもよい。また、「所定の線分」に含まれる２つ以上の線分は、それぞれ直線でなくてもよいし、互いに連結されて実質的に１つの線分になっていてもよい。従って、「所定の線分」は、円形、楕円形、Ｖ字形、多角形、波線、ジグザグ線、又は、その他の複雑形状であってもよい。なお、「所定の線分」が、円形などの実質的に１つの線分である場合、光源は１つだけ設けられていればよい。

【0040】

上記実施形態において、「所定の線分」は、被測定物Ｗの両主面のうち凸状の主面に投影されることとしたが、凹状の主面（主面Ｗｓの裏面）に投影されてもよい。

【0041】

上記実施形態において、ベンディング装置１０は、送り量検出部１４としてローラ式のロータリーエンコーダを有することとしたが、これに限られない。送り量検出部１４としては、例えばレーザ光ドップラー方式の速度センサーを用いることができる。

【0042】

上記実施形態において、ステレオカメラ２３は２台のカメラを有しているとしたが、３台以上のカメラを有してもよい。ステレオカメラ２３は視差により奥行き方向の情報を得ることのできるカメラを意味し、複数台のカメラを有してもよい。ステレオカメラ２３を構成する複数台のカメラは、１つの筐体に収納されている必要はない。

【0043】

上記実施形態において、ステレオカメラ２３が有する第１のカメラ２３ａと第２のカメラ２３ｂは等距離射影画像を出力していたが、出力は透視投影画像であってもよい。

【符号の説明】

【0044】

１００ 形状測定システム
１０ ベンディング装置
１１ 第１サイドロール
１２ 第２サイドロール
１３ トップロール
１４ 送り量検出部
２０ 形状測定装置
２１ 光源
２３ ステレオカメラ
２５ 形状測定部
２６ 光源制御部
２７ カメラ制御部
２８ 三次元座標取得部
２９ 画像処理部
Ｗ 被測定物
Ｗｓ 主面
Ｌ１ 第１線分
Ｌ２ 第２線分
Ｄｆ 送り方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】