JP2009264898A - ワーク位置姿勢計測方法および計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラとワークとの相対距離に制限されないワーク位置姿勢計測方法および計測装置を提供する。
【解決手段】ワーク２３０上にあらかじめ定めた特定点を撮影する第１撮影段階と、ワークを撮影するカメラ２００のレンズの主点から既知の固定距離離隔された回転軸に対して回転自在に支持されたレーザパターンプロジェクタ２１０を、輻輳角２５０をレーザパターンプロジェクタの回転により調整し、垂線と垂直をなす線状のレーザ２２０を、特定点に照射する第１レーザ照射段階と、カメラを、あらかじめ定めて記憶した、輻輳角とズーム量との関係と、第１レーザ照射段階における輻輳角と、から求めたズーム量にしてワークを撮影する第２撮影段階と、第１レーザ照射段階における輻輳角と固定距離とからカメラに対するワークの相対位置を演算する第１位置演算段階と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明はワーク位置姿勢計測方法および計測装置に関する。

工場の生産ラインにおける製品の組み立て、加工のシステムにおいては、作業の自動化・省力化のために作業用ロボットにワークの位置姿勢計測装置を組合せたシステムが利用されている。

従来、ワークの位置姿勢計測装置として、カメラとレーザスリット投光器が一体となった三次元視覚センサを利用する装置が用いられている。

しかし、三次元視覚センサを構成するカメラとレーザスリット投光器が一体として固定されていたため、三次元視覚センサから一定距離以上離れているワークについてはレーザスリット光を照射しつつカメラで撮影することができず、ワークの位置姿勢を計測できないという問題があった。

また、三次元視覚センサを構成するカメラにはズーム機能がないため、カメラとワークとの相対位置関係によってはワークの大きさを正確に把握できない、もしくは、ワークの位置姿勢を正確に計測できないという問題があった。
特開２００４−１３８４６２号公報

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、カメラとワークとの相対距離に制限されることなくワークの位置姿勢の計測を可能とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るワーク位置姿勢計測方法は、ワークの位置と姿勢を計測するワーク位置姿勢計測方法であって、ワーク上にあらかじめ定めた特定点が画像の中央部分に撮影される位置にカメラを移動させ、ワークを撮影する第１撮影段階と、ワークを撮影するカメラのレンズの主点から固定距離離隔された回転軸に対して回転自在に支持されたレーザパターンプロジェクタを、主点から回転軸へおろした垂線とレーザの方向とがなす輻輳角をレーザパターンプロジェクタの回転により調整し、垂線と垂直をなす線状のレーザを、特定点を含んでワークに照射する第１レーザ照射段階と、カメラを、あらかじめ定めて記憶した、輻輳角とズーム量との関係と、第１レーザ照射段階における輻輳角と、を比較演算することにより求めたズーム量にしてワークを撮影する第２撮影段階と、第１レーザ照射段階における輻輳角と固定距離とからカメラに対するワークの相対位置を演算する第１位置姿勢演算段階と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るワーク位置姿勢計測装置は、ワークの位置と姿勢を計測するワーク位置姿勢計測装置であって、ワークに線状のレーザを照射するレーザパターンプロジェクタと、ワークを撮影するカメラと、レーザパターンプロジェクタをカメラのレンズの主点から固定距離離隔された回転軸に対して回転自在に支持し、ワークの位置姿勢の変化の前後で、主点から回転軸へおろした垂線とレーザパターンプロジェクタがレーザを照射する方向とがなす輻輳角を制御し、垂線と垂直をなす線状のレーザを、ワーク上にあらかじめ定めた特定点を含んでワークに照射させる輻輳角制御手段と、輻輳角とズーム量との関係をあらかじめ記憶した記憶手段と、輻輳角と前記ズーム量との関係と、輻輳角と、の比較によりズーム量を演算するズーム量演算手段と、ズーム量演算手段で演算されたズーム量にカメラを制御するカメラ制御手段と、輻輳角と固定距離とからカメラに対するワークの相対位置を演算するワーク位置姿勢演算手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係るワーク位置姿勢計測方法および計測装置によれば、カメラとワークとの相対距離に制限されることなくワークの位置姿勢の計測を可能とする。

また、カメラとワークとの相対距離が変わっても再度のキャリブレーションをする必要がなく、通常の三次元視覚センサを用いたシステムで必要となる座標変換の計算が不要となるため、工数削減を可能とする。

以下に、本発明に係るワーク位置姿勢計測方法およびワーク位置姿勢計測装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係るワーク位置姿勢計測装置の構成を示す図である。図２は、本発明に係るワーク位置姿勢計測方法およびワーク位置姿勢計測装置を説明するための説明図である。

図１に示すように、本発明に係るワーク位置姿勢計測装置１０は、カメラ１００、レーザパターンプロジェクタ１１０、モータ１０９、キャリブレーション板１４０、およびＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３、ハードディスク１０４、インタフェース１０５、表示部１０６、入力部１０７からなるコンピュータ１０８により構成され得る。

カメラ１００は、レンズ、画素センサを含み、ワークに自動的に焦点を合わせるオートフォーカス機能およびコンピュータ１０８から送信されるズーム量の制御信号に基づいて画角を変化させるズーム機能を有する。カメラ１００は位置姿勢を測定する対象であるワークおよびワークに照射されたレーザ光を撮影する。カメラ１００はインタフェース１０５を通じてコンピュータ１０８に接続され、カメラ１００で撮影された画像のデータはコンピュータ１０８に送信される。

レーザパターンプロジェクタ１１０は、線状のレーザ（レーザスリット光）をワークに照射する。レーザパターンプロジェクタ１１０は、カメラ１００のレンズの主点から所定の固定距離離隔された回転軸に対して回転自在に支持される。たとえば、任意の長さを有する固定具でカメラ１００と回転軸を所定距離離隔して固定することで、回転軸によりレーザパターンプロジェクタ１１０を回転自在に支持してもよい。図２の（Ａ）に示すように、レーザパターンプロジェクタ２１０から放射されたレーザ２２０はワーク２３０を照射する。図２の（Ａ）は、図示しない、ワークの重心に相当するワーク上の部分（以下、重心位置と称する）を特定点とし、特定点である重心位置を通って線状のレーザ２２０がワーク２３０に照射するように輻輳角２５０が調整された状態を示している。輻輳角２５０は、レーザパターンプロジェクタ２１０がレーザを照射する方向をあらわす角度であって、カメラ２００に対する相対的な角度である。すなわち、輻輳角２５０は、カメラ１００のレンズの主点から回転軸へおろした垂線とレーザパターンプロジェクタがレーザを照射する方向とがなす角である。レーザは、該垂線と垂直をなすようにレーザパターンプロジェクタ２１０から放射される線状のレーザである。

図２の（Ｂ）はワーク２３０を撮影しているカメラ２００の画像を示した図である。コンピュータにはワーク上の特定点として重心位置が画像上で認識できるようにしておく。たとえば、ワークの重心位置の画像の画素データをあらかじめ記憶させておくことにより、該画素データと実際に撮影している画像データとを比較することで重心位置をコンピュータが認識できるようにする。そして、ワーク２３０の大まかな重心位置が画面中心付近になるようカメラ２００を移動させ、レーザの照射線がワークの重心位置を通るように輻輳角を制御する。このときのカメラが撮影する画像は図２の（Ｂ）に示すようなものとなる。

モータ１０９は、レーザパターンプロジェクタ１１０を回転軸に対して回転させる。モータ１０９はコンピュータ１０８に接続され、コンピュータ１０８は、レーザパターンプロジェクタ１１０が目的とするワーク上の場所へレーザを照射するようにレーザパターンプロジェクタ１１０を回転させて輻輳角を調整する。輻輳角は、たとえばモータ１０９を回転させる制御データとしてコンピュータ１０８に記憶させる。

キャリブレーション板１４０は通常のキャリブレーションに用いる、キャリブレーション用のパターンが表面に表示されているものを用いる。パターンは、カメラ１００で撮影されたパターンの大きさと、カメラ１００とパターンとの相対距離と、の関係が既知の複数の図形からなり得る。後述するように、画像上のパターンの大きさと、カメラとパターンとの相対距離と、の関係を示すデータは、たとえばハードディスク１０４にあらかじめ記憶させる。

コンピュータ１０８は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３、ハードディスク１０４、インタフェース１０５、表示部１０６、入力部１０７から構成され、これらの構成要素はバスに接続され相互にデータの送受信が可能である。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラムを実行する装置で、ＲＡＭ１０２、ハードディスク１０４、または入力部１０７からデータを受け取り、演算・加工した上で、表示部１０６、ハードディスク１０４またはインタフェース１０５から外部の装置に出力する。

ＲＡＭ１０２は、半導体素子を利用した記憶装置であり、たとえば、ＣＰＵ１０１が実行する処理のためのデータの一時記憶などに使用される。

ハードディスク１０４は、外部記憶装置であり、後述するように、カメラ１００で撮影されたキャリブレーション板１４０のパターンの画像上の大きさ（すなわちカメラ座標上のパターンの大きさ）と、カメラ１００に対するキャリブレーション板のパターンの相対位置（すなわち実座標上のカメラ１００とパターンの相対距離）と、の関係を示すデータがあらかじめ記憶される。また、輻輳角とカメラ１００のズーム量の関係を示すデータがあらかじめ記憶される。上記データは、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶させてもよい。

ＲＯＭ１０３は一度書き込まれた情報を読み出すための記憶装置であり、システムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶させうる。

入力部１０７は、キーボード、およびマウスなどのポインティングデバイスであり、入力部１０７からは、たとえばカメラ１００の方向を独立に制御するデータを入力しうる。

表示部１０６は、たとえば、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどの表示装置である。

インタフェース１０５は、二つのものの間に立って、情報のやり取りを仲介するものである。

以下、本発明に係るワーク位置姿勢計測方法および計測装置について実施形態ごとに詳細に説明する。
［第１実施形態］
図３は、本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法のフローチャートを示す図である。以下、ステップ番号ごとに説明する。

〔Ｓ３００〕
キャリブレーションを行う。図４はキャリブレーションのフローチャートを示す図である。以下、図４をステップ番号ごとに説明する。

〔Ｓ４００〕
キャリブレーション板のパターンをカメラで撮影し、パターンの画像から、カメラとパターンとの相対距離を演算により求める。

図５はキャリブレーションの説明図である。図５に示すように、キャリブレーション板５４０にはキャリブレーションに一般的に用いられる複数の同一図形によるパターンが表示されている。パターンは、そのパターンがカメラ５００で撮影されたときのパターンの画像５４１の大きさと、カメラとパターン（すなわちキャリブレーション板）との相対距離５６０と、の関係が既知としておく。すなわち、カメラ５００で撮影されたときのパターンの画像の大きさと、カメラとパターンとの相対距離と、の関係は、あらかじめデータとしてコンピュータのハードディスクに記憶させておく。ハードディスクに記憶させた、パターンの画像の大きさと、カメラとパターンの相対距離と、の関係のデータと、現在カメラ５００が撮影しているパターンの画像５４１の大きさと、を比較することにより、カメラとパターンの相対距離を演算により求めることができる。カメラはキャリブレーション板５４０の中心のパターン５４１ｃの中心が画像の中心になるようにキャリブレーション板５４０を撮影する。

〔Ｓ４１０〕
輻輳角を調整し、キャリブレーション板の中心を通るレーザパターンを表示させる。すなわち、レーザパターンプロジェクタを回転させることで輻輳角を調整し、レーザパターンプロジェクタから放射される線状のレーザを、キャリブレーション板の中心点を含むようにキャリブレーション板に照射させる。

図６は、キャリブレーションの説明図であって、レーザパターンプロジェクタ６１０がレーザ６２０をキャリブレーション板６４０の中心に照射した状態（実線で示す）を示す図である。実線は調整後、点線は調整前のレーザを示す。説明の容易化のため、以下、キャリブレーション板６４０のパターンは中心のパターン６４１ｃ以外は省略して図示する。

〔Ｓ４２０〕
Ｓ４１０における輻輳角から任意の同一角度を増減させ、キャリブレーション板上にそれぞれの角度に対応した２つのレーザパターンを順に表示させる。

図７は、キャリブレーションの説明図であって、レーザがキャリブレーション板の中心を通るときの輻輳角、該輻輳角から任意の同一角度を増減させた輻輳角、におけるレーザパターンを示す説明図である。図７の（Ｂ）は、キャリブレーション板７４０の中心にレーザを照射したときのレーザパターン７２１ｃと、キャリブレーション板７４０の中心にレーザを照射したときの輻輳角から任意の同一角度を増減させたときの２つのレーザパターンと、を示した図である。輻輳角を減少させたときのレーザパターンは７２１ａであり、輻輳角を増加させたときのレーザパターンは７２１ｂである。図に示すように、レーザパターン７２１ｃとレーザパターン７２１ａとの間隔ａと、レーザパターン７２１ｃとレーザパターン７２１ｂとの間隔ｂは異なっている。これは、レーザパターンプロジェクタ７１０から相対的に右上に位置するキャリブレーション板７４０に対し斜めにレーザを照射していることに起因する。一方、これらの３つのレーザパターン７２１ｃ、７２１ａ、７２１ｂの相対関係を示すａ／ｂの値は、キャリブレーション板７４０の中心にレーザを照射したときの輻輳角に対応した値となる。すなわち、ａ／ｂの値と輻輳角との関係が既知であれば、ａ／ｂの値を画像上で求め、ａ／ｂの値と輻輳角との関係と比較することにより輻輳角を演算により求めることができる。ａ／ｂの値と輻輳角との関係は、あらかじめ測定し、コンピュータのハードディスクに記憶させておく。

〔Ｓ４３０〕
Ｓ４２０におけるレーザパターンの相対関係から輻輳角を演算する。すなわち、前述したように、３つのレーザパターン７２１ｃ、７２１ａ、７２１ｂの相対関係を示すａ／ｂの値と、ａ／ｂの値と輻輳角との関係と、を比較することにより輻輳角を演算する。

〔Ｓ４４０〕
カメラとレーザパターンプロジェクタとの間の固定距離を演算する。図８はキャリブレーションの説明図であって、カメラとレーザパターンプロジェクタとの間の固定距離８８０（以下、固定距離と称する）を示す図である。固定距離８８０は、Ｓ４００で演算したカメラとパターンとの相対距離と、Ｓ４３０で演算した輻輳角と、から演算することができる。すなわち、図８に示すように、カメラとパターンとの相対距離８６０と、固定距離８８０は直角をなす。これは、キャリブレーション板８４０の中心のパターン８４１ｃの中心が画像の中心になるように、カメラがキャリブレーション板８４０を撮影したからである。そうすると、カメラとパターンとの相対距離８６０と固定距離８８０は直角三角形をなすため、直角三角形の一角をなす輻輳角８５０と、一辺をなすカメラとパターンとの相対距離８６０と、が演算されたことにより固定距離８８０も演算できることとなる。

キャリブレーションを行うことにより、カメラとレーザパターンプロジェクタとの間の固定距離８８０が演算される。そうすると、後述するように、ワークの重心位置にレーザパターンプロジェクタからレーザを照射したときの輻輳角は制御データから判るため、固定距離８８０と輻輳角８５０とからワークの位置姿勢のうちカメラに対するワークの相対距離（すなわち、図８に示した座標のｚ軸方向の位置）が演算できることとなる。

第１実施形態によれば、カメラとワークとの相対距離が変わっても再度のキャリブレーションをする必要がないという効果を奏する。すなわちキョリブレーションは、カメラに対するキャリブレーション板の相対位置が任意の状態で１回行うだけでよい。

〔Ｓ３１０〕
ワークの重心位置が画像の中心となる位置にカメラを移動させ、ワークにカメラの焦点を合わせてワークを撮影する。図２の（Ｂ）は、ワーク２３０をカメラ２００で撮影した画像を示した図である。図２（Ｂ）に示すように、輻輳角２５０が調整されてレーザパターンプロジェクタ２１０からワーク２３０に照射される線状のレーザ２２０はワーク２３０の重心位置を含んでワーク１０３０に照射されている。図においては、説明の容易化のために中央で直交する点線を有するキャリブレーション板１０４０を併せて示した。ここで、キャリブレーション板２４０上に示された点線の交点は、ワーク２３０の重心位置に相当する位置を示す。

カメラはオートフォーカス機能を有するものを用い、自動的にワークにカメラの焦点を合わせることが望ましい。

〔Ｓ３２０〕
輻輳角を、レーザパターンプロジェクタを回転させることで調整し、レーザをワークの重心位置を含むようにワークに照射する。図２の（Ｂ）に示すように、キャリブレーション板２４０上に示された点線の交点上にレーザ２２０が照射されていることから、レーザ２２０はワーク２３０の重心位置を含むようにワーク２３０に照射されていることが判る。調整後の輻輳角のデータはコンピュータのハードディスクに記憶させる。

〔Ｓ３３０〕
カメラのズーム量を演算し、カメラをそのズーム量に設定する。すなわち、輻輳角と、その輻輳角のときに適したズーム量との関係をあらかじめ定め、ハードディスクに記憶しておき、輻輳角と該関係とを比較することによりズーム量を演算しそのズーム量にカメラを設定する。輻輳角は、カメラに対するワークの相対位置に対応するため、輻輳角に応じてズーム量を決定することはカメラが撮影する画像に占めるワークの大きさを一定とすることを意味する。このように画像上のワークの大きさを一定の最適な大きさに保つことにより、ワークの位置姿勢を正確に計測できる。また、カメラとワークとの相対距離に制限されることなくワークの位置姿勢の計測を可能とする。

〔Ｓ３４０〕
ワークの位置姿勢を演算する。まず、キャリブレーションにより演算したカメラとレーザパターンプロジェクタとの間の固定距離と、Ｓ３３０で記憶した輻輳角と、からカメラに対するワークの相対位置のうち、カメラとワーク（詳細にはワークの重心位置）の相対距離（図２のｚ軸方向の位置）を演算する。その後、２次元カメラによる２次元的なワークの位置姿勢の演算と同様にカメラに対するワークの相対位置（図２のｘ軸方向およびｙ軸方向の位置姿勢）を演算する。図２におけるｚ軸方向のワークの位置姿勢を演算し、それとは別個にｘ、ｙ軸方向の２次元的なワークの位置姿勢を演算するため、通常用いられるワークの３次元的位置姿勢の演算より簡単かつ短時間でワークの３次元的位置姿勢を演算できる。すなわち、通常の三次元視覚センサを用いたシステムで必要となる座標変換の計算が不要となるため、工数削減を可能とする。

本第１実施形態のＳ３１０は本発明の第１撮影段階に相当し、Ｓ３２０は第１レーザ照射段階に、Ｓ３３０は第２撮影段階に、Ｓ３４０は第１位置演算段階に相当する。Ｓ４００は相対距離演算段階に、Ｓ４１０は第１レーザパターン表示段階に、Ｓ４２０は第２レーザパターン表示段階に、Ｓ４３０は輻輳角演算段階に、Ｓ４４０は固定距離演算段階に相当する。また、モータおよびコンピュータは輻輳角制御手段に、ハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭは記憶手段に、コンピュータはズーム量演算手段、カメラ制御手段、ワーク位置姿勢演算手段に相当する。キャリブレーション板およびコンピュータは相対距離演算手段に、レーザパターンプロジェクタ、モータ、コンピュータは第１レーザパターン表示手段と第２レーザパターン表示手段に、コンピュータは輻輳角演算手段と固定距離演算手段に相当する。

以下に、本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法および計測装置の効果を示す。
・カメラとワークとの相対距離に制限されることなくワークの位置姿勢を計測することができる。
・カメラとワークとの相対距離が変わっても再度のキャリブレーションをする必要がないため工数削減に寄与する。
・通常の三次元視覚センサを用いたシステムで必要となる座標変換の計算が不要となるため工数削減に寄与する。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法および計測装置について詳細に説明する。

図９は本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法のフローチャートを示す図である。以下、ステップ番号ごとに説明する。ただし、Ｓ９００〜Ｓ９０４は第１実施形態のＳ３００〜Ｓ３４０と同様のため説明は省略する。

〔Ｓ９１０〕
ワークの位置姿勢を変化させる。図１０は、本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図であって、ワークの位置姿勢を変化させる前のワーク位置姿勢計測装置の状態を示す図である。図１０に示すように、輻輳角１０５０が調整されてレーザパターンプロジェクタ１０１０からワーク１０３０に照射される線状のレーザ１０２０はワーク１０３０の重心位置を含んでワーク１０３０に照射されている。図においては、説明の容易化のために中央で直交する点線を有するキャリブレーション板１０４０を併せて示した。

図１１は、本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図であって、ワーク１１３０の位置姿勢を変化させた後のワーク位置姿勢計測装置の状態を示す図である。説明の容易化のため、ワーク１１３０は、図１１の（Ａ）に示した座標のｚ軸方向に移動させることのみで、その位置姿勢を変化させる。そうすると、カメラ１１００に対するワーク１１３０の相対位置が変化するため、ワーク１１３０に照射されているレーザ１１２０のワーク１１３０に対する相対位置が変わり、ワーク１１３０の重心位置からずれた位置にレーザ１１２０が照射される。図１１はこの状態を示している。

〔Ｓ９２０〕
カメラでワークを撮影する。図１１の（Ｂ）は、位置姿勢を変化させた後のワーク１１３０をカメラ１１００で撮影した画像を示したものである。キャリブレーション板１１４０上に示された点線の交点は、ワーク１１３０の重心位置に相当する位置を示す。従って、ワーク１１３０の重心位置からずれた位置にレーザ１１２０が照射されていることが判る。

〔Ｓ９３０〕
輻輳角を、レーザパターンプロジェクタを回転させることで調整し、レーザをワークの重心位置を含むようにワークに照射する。図１２は、本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図であって、ワーク１２３０の位置姿勢を変化させた後、レーザがワークの重心位置を含むようにワークに照射されるように調整したときのワーク位置姿勢計測装置の状態を示す図である。図１２の（Ｂ）に示すように、キャリブレーション板１２４０上に示された点線の交点上にレーザ１２２０が照射されていることから、レーザ１２２０はワーク１２３０の重心位置を含むようにワーク１２３０に照射されていることが判る。調整後の輻輳角のデータはハードディスクに記憶させる。

〔Ｓ９４０〕
カメラのズーム量を演算し、カメラをそのズーム量に設定する。すなわち、輻輳角と、その輻輳角のときに適したズーム量との関係をあらかじめハードディスクに記憶しておき、輻輳角と該関係とを比較することによりズーム量を演算しそのズーム量にカメラを設定する。図１０の（Ｂ）と図１２の（Ｂ）のワークの画像の大きさを比較すると、ワークがカメラに近づく方向にワークの位置姿勢を変化させているため、図１２の（Ｂ）の方がワークの画像が大きく撮影されることが判る。本ステップにおいて、ワークの位置姿勢が変化する前後で、画像上のワークの大きさを最適な一定の大きさに保つことにより、ワークの位置姿勢を正確に計測することが可能となる。

図１３は、本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図であって、カメラ１３００のズーム量を変化させた後のワーク位置姿勢計測装置の状態を示す図である。図１０の（Ｂ）と図１３の（Ｂ）における画像上のワークの大きさは同じであることから、画像上のワークの大きさを最適な一定の大きさに保たれたことが判る。

〔Ｓ９５０〕
ワークの位置姿勢を演算する。まず、キャリブレーションにより演算したカメラとレーザパターンプロジェクタとの間の固定距離と、Ｓ９３０で記憶した輻輳角と、からカメラに対するワークの相対位置のうち、カメラとワーク（詳細にはワークの重心位置）の相対距離（図１３のｚ軸方向の位置）を演算する。その後、２次元カメラによる２次元的なワークの位置姿勢の演算と同様にカメラに対するワークの相対位置（図１３のｘ軸方向およびｙ軸方向の位置姿勢）を演算する。図１３におけるｚ軸方向のワークの位置姿勢を演算し、それとは別個にｘ、ｙ軸方向の２次元的なワークの位置姿勢を演算するため、通常用いられるワークの３次元的位置姿勢の演算より簡単かつ短時間でワークの３次元的位置姿勢を演算できる。

本第２実施形態のＳ９００は本発明のキャリブレーション段階に相当し、Ｓ９０１は本発明の第１撮影段階に相当し、Ｓ９０２は第１レーザ照射段階に、Ｓ９０３は第２撮影段階に、Ｓ９０４は第１位置演算段階に相当する。Ｓ９１０はワーク位置姿勢変化段階に、Ｓ９２０は第３撮影段階に、Ｓ９３０は第２レーザ照射段階に、Ｓ９４０は第３撮影段階に、Ｓ９５０は第２位置演算段階に相当する。

本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法および計測装置は、第１実施形態が有する効果と同様の効果を有する。

本発明に係るワーク位置姿勢計測装置の構成を示す図である。 本発明に係るワーク位置姿勢計測方法および計測装置を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法のフローチャートを示す図である。 本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法におけるキャリブレーションのフローチャートを示す図である。 本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法におけるキャリブレーションの説明図である。 本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法におけるキャリブレーションの説明図である。 本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法におけるキャリブレーションの説明図である。 本発明の第１実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法におけるキャリブレーションの説明図である。 本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法のフローチャートを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るワーク位置姿勢計測方法の説明図である。

符号の説明

１０ ワーク位置姿勢計測装置、
１００、２００、１０００ カメラ、
１０１ ＣＰＵ、
１０２ ＲＡＭ（記憶手段）、
１０３ ＲＯＭ（記憶手段）、
１０４ ハードディスク（記憶手段）、
１０５ インタフェース、
１０６ 表示部、
１０７ 入力部、
１０８ コンピュータ（輻輳角制御手段、ズーム量演算手段、カメラ制御手段、ワーク位置姿勢演算手段、相対距離演算手段、輻輳角演算手段、第１レーザパターン表示手段、第２レーザパターン表示手段）、
１０９ モータ（輻輳角制御手段、第１レーザパターン表示手段、第２レーザパターン表示手段）、
１１０、２１０、１０１０ レーザパターンプロジェクタ（第１レーザパターン表示手段、第２レーザパターン表示手段）、
２２０、１０２０ レーザ、
２３０、１０３０ ワーク、
２４０、５４０、１０４０ キャリブレーション板（相対距離演算手段）、
２５０、１０５０ 輻輳角、
５４１ パターンの画像、
５６０、８６０ カメラとパターンとの相対距離、
８８０ カメラとレーザパターンプロジェクタとの間の固定距離。

Claims (5)

1. ワークの位置と姿勢を計測するワーク位置姿勢計測方法であって、
   前記ワーク上にあらかじめ定めた特定点が画像の中央部分に撮影される位置にカメラを移動させ、前記ワークを撮影する第１撮影段階と、
   前記ワークを撮影するカメラのレンズの主点から固定距離離隔された回転軸に対して回転自在に支持されたレーザパターンプロジェクタを、前記主点から前記回転軸へおろした垂線と前記レーザの方向とがなす輻輳角を前記レーザパターンプロジェクタの回転により調整し、前記垂線と垂直をなす線状のレーザを、前記特定点を含んで前記ワークに照射する第１レーザ照射段階と、
   前記カメラを、あらかじめ定めて記憶した、前記輻輳角と前記ズーム量との関係と、前記第１レーザ照射段階における輻輳角と、を比較演算することにより求めた前記ズーム量にして前記ワークを撮影する第２撮影段階と、
   前記第１レーザ照射段階における輻輳角と前記固定距離とから前記カメラに対する前記ワークの相対位置を演算する第１位置姿勢演算段階と、
   を有することを特徴とするワーク位置姿勢計測方法。
2. 前記ワークの位置姿勢を変化させるワーク位置姿勢変化段階と、
   前記変化させた後、前記ワークを撮影する第３撮影段階と、
   前記レーザパターンプロジェクタから照射される線状のレーザを、前記輻輳角を前記レーザパターンプロジェクタの回転により調整し、前記特定点を含んで前記ワークに照射する第２レーザ照射段階と、
   前記カメラを、あらかじめ定めて記憶した、前記輻輳角と前記ズーム量との関係と、前記第２レーザ照射段階における輻輳角と、を比較することにより求めた前記ズーム量にして前記ワークを撮影する第３撮影段階と、
   前記第２レーザ照射段階における輻輳角と前記固定距離とから前記カメラに対する前記ワークの相対位置を演算する第２位置姿勢演算段階と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のワーク位置姿勢計測方法。
3. 前記カメラで撮影されたパターンの大きさと、前記カメラと前記パターンとの相対距離と、の関係が既知の前記パターンを有するキャリブレーション板を前記カメラで撮影し、前記撮影されたパターンの大きさから前記相対距離を演算する相対距離演算段階と、
   前記レーザパターンプロジェクタから照射される線状のレーザを、前記輻輳角を前記レーザパターンプロジェクタの回転により調整し、前記キャリブレーション板の中心点を含んで前記キャリブレーション板に照射し、前記キャリブレーション板上に線状の第１レーザパターンを表示させる第１レーザパターン表示段階と、
   前記第１レーザパターン表示段階における輻輳角から任意の同一角度を増減させ、前記キャリブレーション板上にそれぞれの角度に対応した２つのレーザパターンを順に表示させる第２レーザパターン表示段階と、
   あらかじめ記憶した前記第１〜第３レーザパターンの相対関係と前記輻輳角との関係と、前記第１および第２レーザパターン表示段階における前記相対関係と、を比較することにより前記輻輳角を演算する輻輳角演算段階と、
   前記相対距離演算段階で演算した前記相対距離と前記輻輳角演算段階で演算した輻輳角とから前記固定距離を演算する固定距離演算段階と、
   を有するキャリブレーション段階をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のワーク位置姿勢計測方法。
4. ワークの位置と姿勢を計測するワーク位置姿勢計測装置であって、
   前記ワークに線状のレーザを照射するレーザパターンプロジェクタと、
   前記ワークを撮影するカメラと、
   前記レーザパターンプロジェクタを前記カメラのレンズの主点から固定距離離隔された回転軸に対して回転自在に支持し、前記ワークの位置姿勢の変化の前後で、前記主点から前記回転軸へおろした垂線と前記レーザパターンプロジェクタがレーザを照射する方向とがなす輻輳角を制御し、前記垂線と垂直をなす線状のレーザを、前記ワーク上にあらかじめ定めた特定点を含んで前記ワークに照射させる輻輳角制御手段と、
   前記輻輳角と前記ズーム量との関係をあらかじめ記憶した記憶手段と、
   前記輻輳角と前記ズーム量との関係と、前記輻輳角と、の比較により前記ズーム量を演算するズーム量演算手段と、
   前記ズーム量演算手段で演算された前記ズーム量にカメラを制御するカメラ制御手段と、
   前記輻輳角と前記固定距離とから前記カメラに対する前記ワークの相対位置を演算するワーク位置姿勢演算手段と、
   を有することを特徴とする、ワーク位置姿勢計測装置。
5. 前記カメラで撮影されたパターンの大きさと、前記カメラと前記パターンとの相対距離と、の間の関係が既知のパターンを有するキャリブレーション板を前記カメラで撮影し、前記撮影された大きさから前記相対距離を演算する相対距離演算手段と、
   前記レーザパターンプロジェクタから照射されるレーザを、前記輻輳角を前記レーザパターンプロジェクタの回転により調整し、前記キャリブレーション板の中心点を含んで前記キャリブレーション板に照射し、前記キャリブレーション板上に線状の第１レーザパターンを表示させる第１レーザパターン表示手段と、
   前記第１レーザパターン表示手段が調整した輻輳角から任意の同一角度を増減させ、前記キャリブレーション板上にそれぞれの角度で第２レーザパターンと第３レーザパターンとを表示させる第２レーザパターン表示手段と、
   あらかじめ前記記憶手段が記憶した前記第１〜第３レーザパターンの相対関係と前記輻輳角との関係と、前記第１および第２レーザパターン表示段階における前記相対関係と、を比較することにより前記輻輳角を演算する輻輳角演算手段と、
   前記相対距離演算手段が演算した前記相対距離と前記輻輳角演算手段が演算した輻輳角とから前記固定距離を演算する固定距離演算手段と、
   を有するキャリブレーション手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載のワーク位置姿勢計測装置。

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