JP2010207990A - 計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】１台の計測装置で複数の計測対象を計測可能とし、かつ、計測対象の絶対位置を精度良く計測することを可能とする。
【解決手段】 この計測システムは、計測対象３８までの距離と方向を計測する計測装置３４と、計測装置が取付けられているロボット装置（２０，３２）と、計測対象の近傍に設置されている絶対位置が既知の参照計測対象３６と、計測装置３４とロボット装置（２０，３２）を制御すると共に、計測結果から計測対象３８の絶対位置を演算する制御装置１２を備えている。制御装置１２は、参照計測対象３６までの距離と方向を計測するキャリブレーション工程と、計測対象３８までの距離と方向を計測する計測工程と、を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、計測対象の絶対位置を計測する計測システムに関する。

計測対象の絶対位置を計測する計測システムが開発されている。この種の計測システムでは、計測対象の絶対位置を計測するために、計測対象までの距離と方向（すなわち、計測装置に対する相対的な位置）を計測する計測装置が利用されている。かかる計測システムにおいては、計測装置によって計測装置から計測対象までの距離と方向を計測し、その計測結果と計測装置の絶対位置から計測対象の絶対位置を算出している。特許文献１には、このような計測システムに利用される計測装置の一例が開示されている。

特開平２００８−１９６８９２号公報

上述した計測システムにおいて、計測対象の絶対位置を精度良く計測するためには、計測装置の絶対位置を精度良く特定（計算又は計測）する必要がある。このため、従来の技術では、計測装置を固定台に移動不能に取付け、計測装置の絶対位置が変化しないようにしている。しかしながら、計測装置を固定台に移動不能に取付けると、計測できる範囲が限定されてしまう。このため、複数の計測対象を計測する場合（例えば、自動車ボディの各部の絶対位置を計測する場合）には、計測対象毎に計測装置が必要となってしまう。また、計測対象の位置が変更されたときは、その変更に柔軟に対応することができないという問題もある。
そこで、ロボット装置の可動部（例えば、手先）に計測装置を取付け、計測装置を移動可能とすることが検討されている。計測装置が移動可能となることで、１台の計測装置で位置が異なる複数の計測対象が計測可能となる。また、計測対象の位置が変わっても、ロボット装置のプログラムを変更するだけでよいため、その変更に柔軟に対応することができる。しかしながら、ロボット装置に計測装置を取付けた場合、以下の問題が生じる。すなわち、ロボット装置の絶対位置精度が低いため、ロボット装置に取付けられた計測装置の絶対位置精度が低下する。上述したように、計測対象の絶対位置は、計測装置で計測された計測結果と計測装置の絶対位置によって算出される。計測装置の絶対位置の精度が低下すると、計測対象の絶対位置計測精度も低下してしまう。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、１台の計測装置で複数の計測対象を計測可能とし、かつ、計測対象の絶対位置を精度良く計測することを可能とする計測システムを提供する。

本発明の計測システムは、計測対象までの距離と方向を計測する計測装置と、計測装置を支持し、少なくとも１自由度で計測装置を駆動可能な支持装置と、計測対象の近傍に設置されている参照計測対象（その絶対位置が既知）と、計測装置と支持装置を制御する制御手段と、計測装置で計測された計測結果から計測対象の絶対位置を演算する演算手段と、を備えている。そして、制御手段は、（１）支持装置を駆動することで参照計測対象を計測可能な位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により参照計測対象までの距離と方向を計測するキャリブレーション工程と、（２）支持装置を駆動することで計測対象を計測可能な位置に位置決めすると共に、計測装置により計測対象までの距離と方向を計測する計測工程と、を実施する。そして、演算手段は、各工程において計測された距離と方向の計測値と、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の計測装置の移動量と移動方向から、計測対象の絶対位置を演算することを特徴とする。
この計測システムでは、支持装置に計測装置が取付けられるため、支持装置を駆動することで計測装置を複数の位置に移動（位置決め）させることができる。これによって、１台の計測装置で複数の計測対象を計測することができる。また、計測対象の近傍には参照計測対象が設置され、計測装置によって参照計測対象までの距離と方向を計測することでキャリブレーション工程が実施される。すなわち、参照計測対象の絶対位置は既知であるため、計測装置によって参照計測対象までの距離と方向を計測すれば、参照計測対象を計測した時の計測装置の絶対位置（支持装置の手先の絶対位置（即ち、計測装置を取付けた部位の絶対位置））を精度良く算出することができる。また、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の計測装置の移動量と移動方向は、支持装置の絶対移動量から求めることができる。このため、計測対象を計測した時の計測装置の絶対位置を算出することができる。したがって、計測対象までの距離と方向を計測することで、計測対象の絶対位置を算出することができる。この計測システムでは、絶対位置が既知の参照計測対象を利用して計測対象の絶対位置を算出するため、計測対象の絶対位置を精度良く計測することができる。

なお、キャリブレーション工程は、計測対象を計測する毎（すなわち、計測工程を実施する毎）に行うことができる。あるいは、参照計測対象を利用してキャリブレーションを実施した後は、キャリブレーション工程を省いて計測工程のみを実施することもできる。計測工程のみを実施する場合には、支持装置に経時変化が現れるタイミング、適当な周期（例えば、工場に配備される場合は、ライン稼動開始時の最初の計測時）、あるいは、測定条件（例えば、雰囲気温度の変化）が変化したとき等に、キャリブレーション工程を実施することが好ましい。
また、参照計測対象は、計測対象毎に設置することができる。あるいは、複数の計測対象に対して１つの参照計測対象を設置するようにしてもよい。

前記支持装置は、少なくとも１自由度を備えたロボット装置とすることができる。この場合、計測装置はロボット装置の手先に支持することができる。そして、演算手段は、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の移動量と移動方向として、ロボット装置の手先の移動量を用いることができる。

また、前記支持装置は、少なくとも１自由度を備えた高精度微小位置決め装置とすることができる。この場合、演算手段は、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の移動量と移動方向として、高精度微小位置決め装置の移動量を用いることができる。支持装置として高精度微小位置決め装置を用いるため、計測装置の微小な位置調整（位置決め）を精度良く行うことができる。また、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の計測装置の移動量と移動方向を、精度良く算出することができる。
なお、高精度微小位置決め装置は、汎用ロボットの手先に取り付けられていてもよい。このような構成によると、汎用ロボットを駆動することで微小位置決め装置を広い範囲に移動させることができ、その結果、計測装置も広い範囲に移動させることができる。

汎用ロボットと高精度微小位置決め装置を備えた計測システムの一つの態様では、例えば、制御手段は、（１）汎用ロボット及び／又は高精度微小位置決め装置を駆動して参照計測対象を計測可能な第１計測位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により参照計測対象までの距離と方向を計測し、（２）汎用ロボット及び／又は高精度微小位置決め装置を駆動して第１計測位置から計測対象を計測可能な第２計測位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により計測対象までの距離と方向を計測する。そして、演算手段は、参照計測対象の絶対位置と、第１計測位置で計測された参照計測対象までの距離と方向と、第１計測位置から第２計測位置までの距離と方向と、第２計測位置で計測された計測対象までの距離と方向とから、計測対象の絶対位置を算出する。
この態様の計測システムでは、第１計測位置で参照計測対象までの距離と方向を計測し、次いで、第１計測位置から第２計測位置まで計測装置を移動させ、第２計測位置で計測対象までの距離と方向を計測する。参照計測対象の絶対位置は既知であるため、第１計測位置で参照計測対象までの距離と方向を計測すれば、第１計測位置の絶対位置を算出することができる。また、第１計測位置から第２計測位置までの距離と方向はロボットの絶対移動量から算出できるため、第２計測位置から計測対象までの距離と方向を計測すれば、計測対象の絶対位置を算出することができる。ここで、汎用ロボットの相対位置決め精度は高いため、第１計測位置から第２計測位置への計測装置の相対的な位置決めを精度良く行うことができる。このため、一旦、ロボットの第１計測位置と第２計測位置間の絶対移動量を求めておけば、計測対象の絶対位置を精度良く算出することができる。

上記の態様の計測システムでは、制御手段は、汎用ロボットを駆動することなく高精度微小位置決め装置のみを駆動して第１計測位置から第２計測位置まで計測装置を移動させることもできる。
このような構成によると、高精度微小位置決め装置のみを駆動して計測装置を第１計測位置から第２計測位置まで移動させる。このため、第１計測位置から第２計測位置への計測装置の位置決めを精度良く行うことができる。また、第１計測位置と第２計測位置の間の絶対移動量も精度良く求めることができる。これによって、計測対象の絶対位置の計測精度をより高めることができる。

また、上記の計測システムの他の態様では、制御手段は、（１）計測装置により計測される参照計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となるように、汎用ロボット及び／又は高精度微小位置決め装置を駆動し、（２）計測装置により計測される計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となるように、汎用ロボット及び／又は高精度微小位置決め装置を駆動する。そして、演算手段は、参照計測対象の絶対位置と、参照計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となったときの計測装置の位置と、計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となったときの計測装置の位置とから、計測対象の絶対位置を算出することができる。
このような構成によると、計測対象の絶対位置を算出するための手順を簡便にすることができる。

また、上記の計測システムの他の態様では、制御手段は、ロボット装置を駆動して参照計測対象と計測対象の両者が計測可能な位置に計測装置を位置決めし、計測装置により参照計測対象までの距離と方向を計測すると共に計測対象までの距離と方向を計測する。そして、演算手段は、参照計測対象の絶対位置と、計測された参照計測対象までの距離と方向と、計測された計測対象までの距離と方向とから、計測対象の絶対位置を算出する。
この計測システムでは、計測装置により計測された参照計測対象までの距離と方向から計測装置の絶対位置を算出することができる。そして、その計測装置の絶対位置と計測装置により計測された計測対象までの距離と方向から計測対象の絶対位置を算出することができる。計測装置の絶対位置を参照計測対象を利用して算出するため、計測対象の絶対位置を精度良く算出することができる。

また、本発明の計測システムは、次の態様で実施することもできる。すなわち、支持装置は少なくとも１自由度を備えた汎用ロボットであり、計測装置が汎用ロボットの手先に取付けられている。そして、制御手段は、（１）汎用ロボットを駆動して参照計測対象を計測可能な第３計測位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により参照計測対象までの距離と方向を計測し、（２）汎用ロボットを予め設定された移動量（その移動量の絶対値は既知）だけ移動させて計測対象を計測可能な第４計測位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により計測対象までの距離と方向を計測する。演算手段は、参照計測対象の絶対位置と、計測された参照計測対象までの距離と方向と、第３計測位置から第４計測位置までの距離と方向と、計測された計測対象までの距離と方向とから、計測対象の絶対位置を算出する。
この計測システムでは、汎用ロボットの相対位置決め精度が高いことを利用して、計測対象の絶対位置の計測精度を高めている。すなわち、第３計測位置の絶対位置は、第３計測位置で参照計測対象までの距離と方向を計測することで算出することができる。汎用ロボットの相対位置決め精度が高いことから、計測装置を第３計測位置から第４計測位置に高精度に移動させることができる。第３計測位置から第４計測位置への移動量の絶対値は既知であるため、第４計測位置の絶対位置を高精度に算出することができる。これによって計測対象の絶対位置を精度良く算出することができる。

本発明の一実施例に係る計測システムの全体構成を示す模式図。 ３次元寸法計測装置と制御装置の構成を示す図。 ＴＶカメラで撮影される画像の一例を示す図。 計測対象の絶対位置を計測する一手順を示すフローチャート。 図４に示すフローチャートに従って絶対位置を計算する際の手順を説明するための図。 計測対象の絶対位置を計測する他の手順を示すフローチャート。 図６に示すフローチャートに従って絶対位置を計算する際の手順を説明するための図。

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）計測装置は、スリット光を計測対象に投射するスリット光源と、計測対象を撮影するカメラを備えている。
（形態２）スリット光源から投射されるスリット光は十字スリット光である。

（第１実施例） 本発明の一実施例に係る計測システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施例の計測システム１０は、汎用ロボット２０と微小位置決め装置３２から構成されるロボット装置（２０，３２）と、ロボット装置（２０，３２）に取付けられている３次元寸法計測装置３４と、ロボット装置（２０，３２）と３次元寸法計測装置３４を制御する制御装置１２と、計測対象３８の近傍に設定されている参照計測対象３６を備えている。

汎用ロボット２０は、５自由度の垂直多関節型のロボットであり、複数のアーム２２，２５，２８と、ロボットベースとアーム２２を連結する第１関節２１と、アーム２２とアーム２５を連結する第２関節２４と、アーム２５とアーム２８を連結する第３関節２６と、アーム２８とロボット手先３１を連結する関節２９，３０を有している。各関節２１，２４，２６，２９，３０には、図示しないアクチュエータが装備されている。各関節２１，２４，２６，２９，３０に装備されたアクチュエータは、制御装置１２によって独立して制御可能となっている。関節２４が駆動されることで、アーム２２に対してアーム２５が運動する。関節２６が駆動されることで、アーム２５に対してアーム２８が運動する。各関節２１，２４，２６，２９，３０が駆動されることで、アーム２８の先端３１が所定の動作範囲（可動空間）を移動することができる。アーム２２の先端３１の動作範囲は、複数の計測対象３８の全てをカバーできるように設計される（図１では計測対象３８が一つしか示されていないが、本実施例の計測システム１０は複数の計測対象３８を計測することができる。）。汎用ロボット２０の可搬質量は、３次元寸法計測装置３４と微小位置決め装置３２を併せた質量（例えば、１５ｋｇ程度）とされている。また、汎用ロボット２０の絶対位置精度は通常の市販品レベル（±５ｍｍ以内程度）とされ、その繰り返し精度は通常の市販品の上級レベル（±０．１ｍｍ程度）とされている。なお、本実施例では、垂直多関節型のロボットを用いたが、本発明のロボット装置はこのような例に限られず、直交型のロボットや、スカラ型のロボットなど各種のタイプを用いることができる。

微小位置決め装置３２は、汎用ロボット２０（アーム２８）の先端３１に取付けられている。微小位置決め装置３２は、アーム２８の先端３１に対して３自由度（例えば、並進方向に３自由度、並進方向に１自由度で回転方向に２自由度）を有しており、それぞれの自由度毎にアクチュエータ（図示しない）を備えている。これらのアクチュエータを制御装置１２が駆動することで、アーム２８の先端３１に対して微小位置決め装置３２を移動させることができる。微小位置決め装置３２には、直交型、デルタ機構、スチュワートプラットホーム、パラレル３軸型の位置決め装置を用いることができる。微小位置決め装置３２は、汎用ロボット２０と比較して動作範囲は狭いが、高分解能であって微小な位置決めが可能となっている。微小位置決め装置３２の動作範囲は、汎用ロボット２０の絶対位置精度（±５ｍｍ以内程度）以上とされるが、汎用ロボット２０の動作範囲よりも小さく設計される。また、微小位置決め装置３２の絶対位置精度は汎用ロボット２０よりも高く（±０．０５ｍｍ以内程度）、繰り返し精度も汎用ロボット２０よりも高くされている。なお、微小位置決め装置３２の可搬質量は、３次元寸法計測装置３４の質量（例えば、１０ｋｇ程度）とされている。

３次元寸法計測装置３４は、微小位置決め装置３２に取付けられている。このため、制御装置１２が汎用ロボット２０及び微小位置決め装置３２を駆動することで、３次元寸法計測装置３４の位置を変えることができる。
３次元寸法計測装置３４は、三角測量原理に基づいて、計測対象までの距離と方向（３次元寸法計測装置３４に対する相対的な位置）を計測する。図２に示すように、３次元寸法計測装置３４は、スリット光源４２とＴＶカメラ４４を備えている。スリット光源４２及びＴＶカメラ４４の制御は、制御装置１２によって行われる。スリット光源４２は、計測対象にスリット光を投射する。本実施例では、直交する２本のスリット光（いわゆる十字スリット光）を投射する。ＴＶカメラ４４は、計測対象に投射されたスリット光の反射像を撮影する。図３に示すように、２本のスリット光５６ａ，５６ｂは、ＴＶカメラ４４で撮影される画像５４の中心で交差するように設定されている。このため、図３に示すように、ＴＶカメラ４４で撮影される画像５４の中心に計測対象３６が位置するように３次元寸法計測装置３４の位置を調整すると、その参照計測対象３６に２本のスリット光５６ａ，５６ｂが上下左右均等に投射されることになる。ＴＶカメラ４４で撮影された画像は、制御装置１２に入力される。制御装置１２は、入力された画像から計測対象までの距離と方向を算出する。制御装置１２の撮影画像から計測対象までの距離と方向を算出する手順については、特開２００８−１９６８９２号公報に開示されているため、ここではその詳細な説明を省略する。
なお、本実施例では、スリット光の反射像から光学的に計測対象までの距離と方向を計測したが、これ以外にも、ステレオカメラ、共焦点センサ、レーザのＴＯＦ（time of flight）を計測する計測装置等を利用することができる。

参照計測対象３６は計測対象３８の近傍に設置されている。参照計測対象３６を設置する位置は、汎用ロボット２０（アーム２８）の先端３１の姿勢を変更することなく、参照計測対象３６を計測する位置から計測対象３８を計測する位置へ３次元寸法計測装置３４を移動できるように設定されている。参照計測対象３６の基準座標からの絶対位置Ｐｏは既知とされている。参照計測対象３６の絶対位置Ｐｏの座標は制御装置１２内に格納されている（図２の符号５０参照）。なお、本実施例では、参照計測対象３６として壁等に描いた円マークを用いている。ただし、参照計測対象３６には、円マークの他に、球（拡散反射面、セラミック）、□マーク、同心円マーク等を用いることもできる。

制御装置１２は、ロボット装置（汎用ロボット２０，微小位置決め装置３２）と３次元寸法計測装置３４を制御する制御部１６と、３次元寸法計測装置３４で撮影された画像から計測対象３８の絶対位置を算出する演算部１４を備えている。

制御部１６は、３次元寸法計測装置３４を構成するスリット光源４２及びＴＶカメラ４４のＯＮ／ＯＦＦを行う。また、制御部１６は、汎用ロボット２０及び微小位置決め装置３２を駆動し、参照計測対象３６を計測する位置と計測対象３８を計測する位置に３次元寸法計測装置３４を位置決めする。３次元寸法計測装置３４を各計測位置に位置決めする時は、制御部１６は、まず汎用ロボット２０を駆動して大まかな位置決めを行い、次いで微小位置決め装置３２を駆動して微小な位置調整を行う。微小位置決め装置３２により位置調整を行う際は、３次元寸法計測装置３４のＴＶカメラ４４で撮影される画像から計測対象が画像内のどこにあるかを判定し、計測対象が画像（カメラ視野）の中心となり、かつ、適切な大きさとなるようにする。
なお、計測対象をカメラ視野の中心に位置するように駆動するのは、次の理由による。すなわち、３次元寸法計測装置３４は、スリット光源４２とＴＶカメラ４４を用いて、三角測量原理に基づいて計測対象までの距離と方向を計測する。上述したように、スリット光源４２からのスリット光５６ａ，５６ｂはカメラ視野の中心で交差するように設定されている。このため、ＴＶカメラ４４で撮影される画像の中央付近に計測対象が位置すると、スリット光５６ａ，５６ｂが計測対象に左右・上下均等に投射されることとなる。従って、スリット光５６ａ，５６ｂの中心を求める際に左右・上下どちらか一方への偏りが小さくなり、最も精度が出るためである。
また、計測対象をカメラ視野に対して適切な大きさとするのは、次の理由による。すなわち、カメラ視野に対して計測対象が小さすぎると、ＴＶカメラ４４で撮影された画像の１画素あたりの分解能が低下する。一方、カメラ視野に対して計測対象が大きすぎると、わずかのずれで計測対象がカメラ視野から外れてしまう。これらのため、計測対象をカメラ視野に対して適切な大きさとしている。なお、計測対象は、カメラ視野の変動可能範囲内でカメラ視野から外れず、かつ、カメラ視野内でできるだけ大きくなるように調整することが好ましい。

演算部１４は、Ａ／Ｄ変換部４６とメモリ４８と参照計測対象座標記憶部５０と絶対位置算出部５２とから構成されている。Ａ／Ｄ変換部４６には、ＴＶカメラ４４から出力される画像信号が入力される。Ａ／Ｄ変換部４６は、ＴＶカメラ４４から入力された画像信号を画像データに変換する。メモリ４８は、Ａ／Ｄ変換部４６で変換された画像データ等を記憶する。参照計測対象座標記憶部５０は、参照計測対象３６の絶対位置Ｐoを記憶する。絶対位置算出部５２は、ＴＶカメラ４４で撮影された画像から計測対象までの距離と方向を算出し、その結果とロボット装置（２０，３２）の駆動量等から計測対象３８の絶対位置を算出する。

次に、上述した計測システム１０により計測対象３８の絶対位置を計測する手順の一例を、図４を参照して説明する。図４に示すように、制御装置１２は、まず、汎用ロボット２０を駆動して、予め設定された第１の位置に３次元寸法計測装置３４を位置決めする（ステップＳ１０）。ここで、第１の位置は、参照計測対象３６の近傍に予め設定されており、その座標は制御装置１２に記憶されている。

次いで、制御装置１２は、スリット光源４２及びＴＶカメラ４４をＯＮする（ステップＳ１２）。これによって、スリット光源４２から参照計測対象３６に向かってスリット光５６ａ，５６ｂが投射される。また、ＴＶカメラ４４はスリット光５６ａ，５６ｂの反射像を撮影し、その撮影した画像を制御装置１２に出力する。なお、３次元寸法計測装置３４が第１の位置に位置決めされた状態においては、ＴＶカメラ４４の視野内に参照計測対象３６が入るように調整されている。

次いで、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４の画像の中心に参照計測対象３６が位置し、かつ、参照計測対象３６が画像内で適切な大きさとなるように、微小位置決め装置３２を駆動する（ステップＳ１４）。すなわち、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４で撮影される画像から参照計測対象３６が画像内のどこにあるかを特定し、参照計測対象３６が画像の中心となり、かつ、適切な大きさとなるように微小位置決め装置３２を駆動する。これによって、スリット光源４２からのスリット光５６ａ，５６ｂが参照計測対象３６に上下・左右等分に投射されることとなる（図３に示す状態）。

ステップＳ１４で３次元寸法計測装置３４の位置決めが完了すると、３次元寸法計測装置３４により、３次元寸法計測装置３４に対する参照計測対象３６の位置Ｐｎ（すなわち、３次元寸法計測装置３４から参照計測対象３６までの距離と方向）を計測する（ステップＳ１６）。具体的には、３次元寸法計測装置３４のＴＶカメラ４４で撮影された画像から、３次元寸法計測装置３４から参照計測対象３６までの距離と方向を算出する。ステップＳ１６で算出した参照計測対象３６の位置Ｐｎは制御装置１２に記憶される。
また、制御装置１２は、参照計測対象３６を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐａ（すなわち、汎用ロボット２０の先端３１に対する３次元寸法計測装置３４の位置）を記憶する（ステップＳ１８）。微小位置決め装置３２の位置Ｐａは、微小位置決め装置３２の駆動量から算出される。

次いで、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４の画像の中心に計測対象３８が位置し、かつ、計測対象３８が画像内で適切な大きさとなるように、微小位置決め装置３２を駆動する（ステップＳ２０）。すなわち、制御装置１２は、まず、ＴＶカメラ４４で撮影される範囲が広範囲となるように微小位置決め装置３２を駆動する。これによって、ＴＶカメラ４４の画像内に計測対象３８が入る。次いで、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４で撮影される画像から計測対象３８が画像内のどこにあるかを特定し、計測対象３８が画像の中心となり、かつ、適切な大きさとなるように微小位置決め装置３２を駆動する。これによって、スリット光源４２からのスリット光５６ａ，５６ｂが計測対象３８に上下・左右等分に投射される。

ステップＳ２０で３次元寸法計測装置３４の位置決めが完了すると、３次元寸法計測装置３４に対する計測対象３８の位置Ｐｍ（３次元寸法計測装置３４から計測対象３８までの距離と方向）を計測する（ステップＳ２２）。計測された計測対象３８の位置Ｐｍは、制御装置１２に記憶される。
また、制御装置１２は、計測対象３８を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐｂ（汎用ロボット２０の先端３１に対する３次元寸法計測装置３４の位置）を記憶する（ステップＳ２４）。微小位置決め装置３２の位置Ｐｂは、微小位置決め装置３２の駆動量から算出される。

次いで、制御装置１２は、参照計測対象３６の絶対位置Ｐoと、ステップＳ１６で計測した３次元寸法計測装置３４に対する参照計測対象３６の位置Ｐｎと、ステップＳ１８で記憶した参照計測対象３６を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐａと、ステップＳ２２で計測した３次元寸法計測装置３４に対する計測対象３８の位置Ｐｍと、ステップＳ２４で記憶した計測対象３８を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐｂとから、計測対象３８の絶対位置Ｐ１を算出する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６で計測対象３８の絶対位置を算出すると、スリット光源４２及びＴＶカメラ４４をＯＦＦし（ステップＳ２８）、計測処理を終了する。

ここで、図５を参照して制御装置１２によるステップＳ２６の計算手順を説明する。既に説明したように、参照計測対象３６の絶対位置Ｐo（Ｐoは絶対位置を表すベクトル）は既知である。このため、図５に示すように、絶対位置ＰoからステップＳ１６で計測した参照計測対象３６の位置Ｐｎ（３次元寸法計測装置３４に対する参照計測対象３６の位置を表すベクトル）を減算することで、参照計測対象３６を計測したときの３次元寸法計測装置３４の絶対位置Ｐo−Ｐｎを算出することができる。また、ステップＳ１８で参照計測対象３６を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐａ（汎用ロボット２０の先端３１に対する微小位置決め装置３２の位置を表すベクトル）を記憶しているため、汎用ロボット２０の先端３１の絶対位置はＰo−Ｐｎ−Ｐａとなる。さらに、この絶対位置Ｐo−Ｐｎ−Ｐａに、ステップＳ２２で計測した計測対象３８の位置Ｐｍ（３次元寸法計測装置３４に対する計測対象３８の位置を表すベクトル）と、ステップＳ２４で計測対象３８を計測したときの微小位置決め装置の位置Ｐｂ（汎用ロボット２０の先端３１に対する微小位置決め装置３２の位置を表すベクトル）を加算すると、計測対象３８の絶対位置Ｐ１＝Ｐo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｍを算出することができる。

上述したようにステップＳ２６では、計測対象３８の絶対位置をＰo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｍで算出する。参照計測対象３６の絶対位置Ｐｏは既知である。また、微小位置決め装置３２によって、計測対象３６，３８に対して３次元寸法計測装置３４を適切な位置に位置決めするため、３次元寸法計測装置３４で計測されるＰｎ，Ｐｍの計測精度は高い。さらに、微小位置決め装置３２の絶対位置精度が高いため、微小位置決め装置３２の駆動量から算出されるＰａ，Ｐｂの精度も高い。このため、計測対象３８の絶対位置Ｐo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｍも精度が高い。

なお、上述した実施例では、計測対象３８を一つのみを測定していたが、計測対象３８が複数ある場合には、次の計測対象についても同様に計測することができる。例えば、計測対象の計測が終了すると、次の計測対象の計測位置に３次元寸法計測装置３４を移動させ、次の計測対象の位置を計測し、この計測結果から次の計測対象の絶対位置を算出すればよい。その場合、（１）参照測定対象の計測、（２）移動、（３）第１計測対象の計測、（４）移動、（５）第２計測対象の計測、といった一連の計測シーケンスを実行するように、制御装置１２をプログラムすることができる。

上述した説明から明らかなように、本実施例の計測システム１０では、汎用ロボット２０の先端３１に３次元寸法計測装置３４を取付けることで、１台の３次元寸法計測装置３４で複数の計測対象を計測することができる。また、汎用ロボット２０の先端３１に３次元寸法計測装置３４が取付けられているため、３次元寸法計測装置３４を参照計測対象３６や計測対象３８に近づけた状態で、参照計測対象３６や計測対象３８の位置を計測することができる。このため、三角測量原理に基づく３次元寸法計測装置３４を小型化することが可能となる。
また、この計測システム１０では、汎用ロボット２０の先端３１に微小位置決め装置３２を介して３次元寸法計測装置３４を取付けている。このため、３次元寸法計測装置３４の微小な位置決めが可能となり、適切な位置で計測対象３６，３８の位置を計測することができる。これによって、３次元寸法計測装置３４の計測精度が高められている。
さらに、上述した計測方法では、計測対象３８の近傍に設置された参照計測対象３６（絶対位置が既知）を３次元寸法計測装置３４で計測することによって、参照計測対象３６を計測したときの汎用ロボット２０の手先（先端３１）の絶対位置を精度良く算出することができる。このため、汎用ロボット２０の絶対位置精度が高くなくても、計測対象３８の絶対位置を精度良く算出することができる。また、参照計測対象３６を計測することで汎用ロボット２０の手先（先端３１）の絶対位置が算出できるため、他の計測装置を使用して汎用ロボット２０の手先（先端３１）の絶対位置を計測する必要もない。

（変形例１） 次に、上述した計測システム１０により、計測対象３８の絶対位置を計測する手順の変形例を説明する。本変形例でも、図４に示す計測手順と同様、参照計測対象３６の位置Ｐｎを計測するまでの手順（ステップＳ１０〜Ｓ１８）は同一である。ただし、本変形例では、微小位置決め装置３２を駆動するだけでは計測対象３８がＴＶカメラ４４の視野に入らないため、汎用ロボット２０の先端３１を動かす点で相違する。以下、図６を参照して変形例の手順を説明する。

図６に示すように、制御装置１２は、まず、汎用ロボット２０を駆動して、予め設定された第１の位置に３次元寸法計測装置３４を位置決めし（ステップＳ３０）、スリット光源４２及びＴＶカメラ４４をＯＮする（ステップＳ３２）。次いで、制御装置１２は、微小位置決め装置３２を駆動し、ＴＶカメラ４４の画像の中心に参照計測対象３６が位置し、かつ、参照計測対象３６が画像内で適切な大きさとし（ステップＳ３４）、３次元寸法計測装置３４によって、３次元寸法計測装置３４に対する参照計測対象３６の位置Ｐｎを計測する（ステップＳ３６）。そして、制御装置１２は、参照計測対象３６を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐａを記憶する（ステップＳ３８）。

既に説明したように、本変形例では微小位置決め装置３２を駆動するだけではＴＶカメラ４４の視野に計測対象３８が入らない。このため、ステップＳ４０では、制御装置１２は汎用ロボット２０を駆動して、予め設定された第２の位置に３次元寸法計測装置３４を位置決めする。ここで、第２の位置は、計測対象３８の近傍に予め設定されており、その座標は制御装置１２に記憶されている。これによって、ＴＶカメラ４４の視野に計測対象３８が入ることとなる。そして、汎用ロボット２０の移動量Ｐｓを記憶する（Ｓ４１）。

次いで、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４で撮影される画像に基づいて微小位置決め装置３２を駆動し、ＴＶカメラ４４の画像の中心に計測対象３８が位置し、かつ、計測対象３８が画像内で適切な大きさとなるようにする（ステップＳ４２）。次いで、３次元寸法計測装置３４によって計測対象３８の３次元寸法計測装置３４に対する位置Ｐｍを計測し（ステップＳ４４）、計測対象３８を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐｂを記憶する（ステップＳ４６）。

次いで、制御装置１２は、参照計測対象３６の絶対位置Ｐoと、ステップＳ３６で計測した３次元寸法計測装置３４に対する参照計測対象３６の位置Ｐｎと、ステップＳ３８で記憶した参照計測対象３６を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐａと、第１の位置（ステップＳ３０参照）に対する第２の位置（ステップＳ４０参照）の相対位置Ｐｓと、ステップＳ４４で計測した３次元寸法計測装置３４に対する計測対象３８の位置Ｐｍと、ステップＳ４６で記憶した計測対象３８を計測したときの微小位置決め装置３２の位置Ｐｂとから、計測対象３８の絶対位置を算出する（ステップＳ４８）。計測対象３８の絶対位置を算出すると、スリット光源４２及びＴＶカメラ４４をＯＦＦし（ステップＳ５０）、計測処理を終了する。

図７を参照して、制御装置１２によるステップＳ４８の計算手順を詳細に説明する。図７に示すように、まず、参照計測対象３６の絶対位置ＰoからステップＳ３６で計測した参照計測対象３６の位置Ｐｎを減算し、参照計測対象３６を計測したときの３次元寸法計測装置３４の絶対位置Ｐo−Ｐｎを算出する。次に、この絶対位置Ｐｏ−ＰｎからステップＳ３８で記憶した微小位置決め装置３２の位置Ｐａを減算し、参照計測対象３６を計測したときの汎用ロボット２０の先端３１の絶対位置Ｐo−Ｐｎ−Ｐａを算出する。次に、この絶対位置Ｐo−Ｐｎ−Ｐａに、第１の位置に対する第２の位置の相対位置Ｐｓを加算し、計測対象３８を計測したときの汎用ロボット２０の先端３１の絶対位置Ｐo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｓを算出する。次いで、この絶対位置Ｐo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｓに、ステップＳ４４で計測した計測対象３８の位置Ｐｍと、ステップＳ４６で記憶した微小位置決め装置の位置Ｐｂを加算し、計測対象３８の絶対位置Ｐo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｍを算出する。
なお、第１の位置に対する第２の位置Ｐｓの距離と方向の絶対値は予め求めておく必要がある。しかしながら、これの移動量を小さく、かつ、移動方向も大きく変化させなければ、限られた範囲の絶対位置計測だけを行えばよく、大掛かりな絶対位置計測装置を必要とせず、簡便に行うことができる。例えば、直線上を方向も変えずに移動するようにすれば、直線上の絶対距離および微小な方向の変位を計測するだけでよい。

既に説明したように、絶対位置Ｐｏは既知であり、Ｐｎ，Ｐｍの計測精度は高く、Ｐａ，Ｐｂの絶対位置精度も高い。また、汎用ロボット２０は、絶対位置精度は低いが、相対位置決め精度（繰り返し精度）は高い。このため、第１の位置から第２の位置へ移動する際の相対位置決め精度は高い。したがって、第１の位置に対する第２の位置の相対位置Ｐｓの精度は高い。したがって、この変形例によっても、計測対象３８の絶対位置を精度良く算出することができる。このように本変形例では、汎用ロボット２０の相対位置決め精度が高いことを利用して、計測対象３８の絶対位置を高精度に計測している。

（変形例２） 次に、上述した計測システム１０により、計測対象３８の絶対位置を計測する手順の他の変形例を説明する。本変形例では、図４に示す計測手順とは異なり、３次元寸法計測装置３４で計測される参照計測対象３６の位置Ｐｎと、計測対象３８の位置Ｐｍとが同一となるように微小位置決め装置３２を駆動する点で相違している。その他の点は、図４に示す計測手順と同一である。以下、図４に示す手順とは異なる点を中心に説明する。

本変形例では、図４のステップＳ１４，１６に代えて、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４の画像の中心に参照計測対象３６が位置し、かつ、参照計測対象３６までの距離が所定の距離となるように、微小位置決め装置３２を駆動する。次いで、所定の距離となったときの微小位置決め装置３２の位置Ｐａを記憶する。同様に、図４のステップＳ２０，Ｓ２２に代えて、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４の画像の中心に計測対象３８が位置し、かつ、計測対象３８までの距離が所定の距離となるように、微小位置決め装置３２を駆動する。次いで、所定の距離となったときの微小位置決め装置３２の位置Ｐｂを記憶する。そして、これらの計測結果から計測対象３８の絶対位置を算出する。上述した説明から明らかなように、本変形例では、３次元寸法計測装置３４で計測される参照計測対象３６の位置Ｐｎと計測対象３８の位置Ｐｍが同一となる。このため、計測対象３８の絶対位置（Ｐo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｍ）は（Ｐo−Ｐａ＋Ｐｂ）となる。したがって、ＰａとＰｂのみを特定すればよい。このような変形例によっても、計測対象３８の絶対位置を精度良く計測することができる。なお、変形例２の計測方法は、図６に示す計測手順にも適用することができる。

（変形例３） 次に、上述した計測システム１０により、計測対象３８の絶対位置を計測する手順の他の変形例を説明する。本変形例では、図４に示す計測手順と異なり、参照計測対象３６の位置Ｐｎを計測するときの３次元寸法計測装置３４の位置と、計測対象３８の位置Ｐｍを計測するときの３次元寸法計測装置３４の位置とを同一とする点で相違している。その他の点は、図４に示す計測手順と同一である。以下、図４に示す手順とは異なる点を中心に説明する。

本変形例では、図４のステップＳ１４に代えて、制御装置１２は、ＴＶカメラ４４の画像内に参照計測対象３６と計測対象３８が位置するように、微小位置決め装置３２を駆動する。そして、３次元寸法計測装置３４により参照計測対象３６の位置を計測し、そのときの微小位置決め装置３２の位置Ｐａを記憶する。次に、図４のステップＳ２０をスキップして（すなわち、微小位置決め装置３２を駆動することなく）、３次元寸法計測装置３４により計測対象３８の位置を計測する。そして、これらの計測結果から計測対象３８の絶対位置を算出する。

上述した説明から明らかなように、本変形例では、参照計測対象３６の位置Ｐｎを計測するときの３次元寸法計測装置３４の位置Ｐａと、計測対象３８の位置Ｐｍを計測するときの３次元寸法計測装置３４の位置Ｐｂが同一となる。このため、計測対象３８の絶対位置（Ｐo−Ｐｎ−Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｍ）は（Ｐo−Ｐｎ＋Ｐｍ）となる。したがって、ＰａとＰｂが不要となり、ＰｎとＰｍのみを特定すればよい。このような変形例によっても、計測対象３８の絶対位置を精度良く計測することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した実施例では、汎用ロボット２０の先端３１に微小位置決め装置３２を介して３次元寸法計測装置３４を取付けている。しかしながら、汎用ロボットの位置・姿勢決めの分解能が十分に高ければ（すなわち、汎用ロボットだけで３次元寸法計測装置を必要な位置・姿勢に位置決めできれば）、微小位置決め装置を省略することができる。
この場合、汎用ロボットの相対位置決め精度が高いことを利用して、計測対象の絶対位置を高精度に計測することができる。すなわち、制御装置は、まず、汎用ロボットを駆動して参照計測対象を計測する位置（予め設定された第３位置）に３次元寸法計測装置を位置決めし、参照計測対象の位置Ｐｎを計測する。次いで、制御装置は、汎用ロボットを予め設定された駆動量だけ駆動して計測対象を計測する位置（予め設定された第４位置）に３次元寸法計測装置を位置決めし、計測対象の位置Ｐｍを計測する。そして、制御装置は、参照計測対象の絶対位置と、計測された参照計測対象の位置Ｐｎと、第３位置に対する第４位置の相対位置Ｐｓと、計測された計測対象の位置Ｐｍとから、計測対象の絶対位置を算出する。
この方法では、汎用ロボットの相対位置精度はよいため、第３位置から第４位置への移動を精度良く行うことができる。第３位置の絶対位置は参照計測対象を計測することで精度良く算出することができるため、第４位置の絶対位置を精度良く算出することもできる。これによって、計測装置の絶対位置を精度良く算出することができる。このように、微小位置決め装置を省略しても、汎用ロボットの相対位置決め精度が高いことを利用することで、計測対象の絶対位置を精度良く算出することができる。

また、上述した各実施例では、参照計測対象の位置Ｐｎを計測し、その後に計測対象の位置Ｐｍを計測している。しかしながら、参照計測対象の位置Ｐｎの計測を省略するようにしてもよい。例えば、制御装置は、汎用ロボットの先端を計測対象を計測する位置に直接位置決めし、次いで、微小位置決め装置を駆動して３次元寸法計測装置の位置を微調整し、その後、計測対象の位置Ｐｍを測定するようにしてもよい。なお、かかる構成を採用する場合、ＴＶカメラにズームアウト機能を搭載することで、ＴＶカメラの視野に計測対象を捕らえやすくするようにしてもよい。
あるいは、まずは、参照計測対象を計測する位置に汎用ロボットの先端を位置決めし、次いで、参照計測対象の計測を行うことなく、計測対象を計測する位置に汎用ロボットの先端を位置決めする。そして、微小位置決め装置を駆動して微調整し、計測対象の位置Ｐｍを測定するようにしてもよい。このように構成することで、汎用ロボットの相対位置決め精度が高いことを利用して、計測対象の絶対位置を算出することができる。すなわち、参照計測対象を計測する位置に位置決めしたときの汎用ロボットの手先の絶対位置は、事前に参照計測対象を計測することで算出しておくことができる。汎用ロボットの相対位置決め精度は高いため、参照計測対象を計測する位置から計測対象を計測する位置に汎用ロボットの手先を精度良く移動させることができる。このため、参照計測対象を計測する位置に位置決めしたときの汎用ロボット先端の絶対位置が予め算出されていれば、計測対象を計測する位置に位置決めしたときの汎用ロボット先端の絶対位置も精度良く算出することができる。これによって、計測対象を精度良く算出することができる。なお、参照測定対象を計測することによる汎用ロボット先端の絶対位置の算出は、適宜のタイミング（例えば、経年変化が生じるタイミング、１日の操業が開始されるタイミング等）で行えばよい。

なお、上述した計測システムで複数の計測対象を計測する場合は、参照計測対象を複数設置することができる。この場合、計測対象毎に参照計測対象を設置することができる。あるいは、一つの計測対象群に対して一つの参照計測対象を設置し、他の計測対象群に対して他の参照計測対象を設置するようにしてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：計測システム
１２：制御装置
１４：演算部
１６：制御部
２０：汎用ロボット
２２、２５，２８：アーム
２１，２４，２６，２９，３０：関節
３０：手先
３２：微小位置決め装置
３４：３次元寸法計測装置
３６：参照計測対象
３８：計測対象
４２：スリット光源
４４：ＴＶカメラ
４６：Ａ／Ｄ変換部
４８：メモリ
５２：絶対位置算出部
５４：画像
５６ａ，５６ｂ：スリット光

Claims (6)

1. 計測対象までの距離と方向を計測する計測装置と、
   計測装置を支持し、少なくとも１自由度で計測装置を駆動可能な支持装置と、
   計測対象の近傍に設置されており、その絶対位置が既知である参照計測対象と、
   計測装置と支持装置を制御する制御手段と、
   計測装置で計測された計測結果から計測対象の絶対位置を演算する演算手段と、を備えており、
   制御手段は、支持装置を駆動することで参照計測対象を計測可能な位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により参照計測対象までの距離と方向を計測するキャリブレーション工程と、
   支持装置を駆動することで計測対象を計測可能な位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により計測対象までの距離と方向を計測する計測工程と、を実施し、
   演算手段は、各工程において計測された距離と方向の計測値と、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の計測装置の移動量と移動方向から、計測対象の絶対位置を演算することを特徴とする計測システム。
2. 前記支持装置は、少なくとも１自由度を備えたロボット装置であり、
   前記計測装置は、ロボット装置の手先に支持されており、
   前記演算手段は、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の計測装置の移動量と移動方向として、ロボット装置の手先の移動量を用いることを特徴とする請求項１に記載の計測システム。
3. 前記支持装置は、少なくとも１自由度を備えた高精度微小位置決め装置であり、
   前記演算手段は、計測装置が参照計測対象を計測した位置から計測対象を計測した位置に移動する際の計測装置の移動量と移動方向として、高精度微小位置決め装置の移動量を用いることを特徴とする請求項１に記載の計測システム。
4. 前記高精度微小位置決め装置は、汎用ロボットの手先に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の計測システム。
5. 前記制御手段は、（１）計測装置により計測される参照計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となるように、汎用ロボット及び／又は高精度微小位置決め装置を駆動し、（２）計測装置により計測される計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となるように、汎用ロボット及び／又は高精度微小位置決め装置を駆動し、
   前記演算手段は、参照計測対象の絶対位置と、参照計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となったときの計測装置の位置と、計測対象までの距離と方向が所定の距離と方向となったときの計測装置の位置とから、計測対象の絶対位置を算出することを特徴とする請求項４に記載の計測システム。
6. 前記支持装置は、少なくとも１自由度を備えた汎用ロボットであり、前記計測装置が汎用ロボットの手先に取付けられており、
   前記制御手段は、（１）汎用ロボットを駆動して参照計測対象を計測可能な第３計測位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により参照計測対象までの距離と方向を計測し、（２）汎用ロボットを予め設定された駆動量だけ駆動して計測対象を計測可能な第４計測位置に計測装置を位置決めすると共に、計測装置により計測対象までの距離と方向を計測し、
   前記演算手段は、参照計測対象の絶対位置と、計測された参照計測対象までの距離と方向と、第３計測位置から第４計測位置までの距離と方向と、計測された計測対象までの距離と方向とから、計測対象の絶対位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の計測システム。

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