JP2010281774A - 位置姿勢計測装置、およびワーク搬送組立装置 - Google Patents
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Abstract
計測対象物の色や光沢に左右されることなく、計測対象物を撮像した画像における計測対象物と背景とのコントラストの差を簡易な構成で確実に大きくし、計測対象物の位置および姿勢を高精度に計測すること。
【解決手段】
計測対象物を撮像するカメラと、カメラ側から計測対象物に向けて発光する第1照明と、前記計測対象物を挟んで前記第1照明と反対側に設けられた第2照明と、計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって第2照明を覆うカバーと、第1照明の点灯および消灯を制御する第1照明制御部と前記第2照明の点灯および消灯を制御する第2照明制御部と撮像画像に基づいて画像処理により、計測対象物の位置および姿勢を計測する。
【選択図】 図1
Description
視覚装置はカメラ、レンズ、照明装置、画像処理装置等で構成され、カメラで撮像した画像からワーク部分の画像を抽出して認識している。ワーク部分の画像を抽出する方法として、濃淡画像処理があり、濃淡レベルに閾値を設けてワークと背景とを分離している。このため、ワークと背景との濃淡レベルの差を大きくできれば精度良くワークを抽出する事が可能になる。この濃淡レベルの差が最大になるのは白色と黒色との組合せであり、256階調では黒色=0、白色=255になる。
図8において、5は部品、14は吸着ノズル、16は吸着ノズル14に対する部品5の位置ずれが認識される部品認識装置、15は吸着ノズル14が吸着保持している部品5を図示しないプリント基板に装着するために装着ヘッドであり、図示しないXYテーブルの移動により所定の位置に停止したプリント基板に部品5は装着される。
装着ヘッド15には前記部品認識装置16により部品5の吸着ノズル14に対する位置ずれを認識する場合にカメラに撮像された画面の背景となる拡散板22が形成されている。
白色塗装層24は光を拡散反射する層であり、液晶層25が透明な場合には光源23からの光が反射され液晶層25及び樹脂板26を通って部品5に拡散光が照射され透過照明方式の認識がなされるものであり、また液晶層25が遮光状態では光源23からの光は液晶層25に遮られ殆ど反射せず、拡散板22は暗い状態となる。
液晶層25の液晶を透明にすると、光源23から照射された光は、樹脂板26及び透明な状態の液晶層25を透過して白色塗装層24に当り、反射拡散され、再度液晶層25及び樹脂板26を透過して部品5に照射され部品認識装置16のカメラにこの像が撮像される。この撮像された画像は、部品5の部分が黒くそして背景である拡散板22の部分は十分明るく部品5の像が明瞭に写し出されたものとなっている。
つまり、拡散板に設けた液晶層等の明度変更手段により拡散板の明るさを変えることができるので、部品認識時に最適な明度を背景とした像で部品認識処理を行うことができ、部品認識の精度を上げることができる。
しかし、液晶層25の液晶の状態を切り替えても、部品5の色や光沢によっては部品認識装置16により撮像される部品5の画像は、背景と部品とのコントラストの差が十分に得られず、部品5の認識精度が低下するとの問題がある。例えば、液晶層25の液晶を透明にして拡散板22にて光源23から照射された光を反射拡散させ、部品5を部品認識装置16のカメラにて撮像する場合について検討する。部品認識装置16のカメラにて撮像された画像の部品5と背景とのコントラストの差を大きくするには、拡散板22による反射光を多くし、部品5による反射光を少なくする必要がある。しかし、光源23は部品5を隔てて拡散板22に対向配置されているため、光源23の光量を変化させても拡散板22による反射光と部品5による反射光とが同じ傾向で変化するため、部品5と背景とのコントラストの差を十分に大きくできないという問題があった。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第1照明を、任意の発光色に変更可能な照明とし、前記第1照明制御部は、発光色を変更する第1の発光色変更手段を備えることができる。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第2照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、前記第2照明制御部は、発光色を変更する第2の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第1照明制御部および前記第2照明制御部は、光量を調整する光量調整手段を備えることができる。
図1は本発明に係る実施形態における概略構成図である。400は計測対象物となるワーク、220はワーク400を搬送するマニピュレータ、221はワーク400を吸着保持する保持装置、132は第2照明、133は遮光カバー、120はマニピュレータ220に保持されたワーク400を撮像するカメラ、131はマニピュレータ220に保持されたワーク400を照明する第1照明である。
第2照明132は、遮光カバー133の内部であってワーク400を挟んで第1照明131と反対側に設けられ、カメラ120に向けて光を発光している。図1において第2照明132はリング照明を用いているが、リング照明に限定されることはない。第2照明132は、通常は白色照明を用いるが、照明の発光色を変えることができるカラー照明としても良い。
第1照明131は、カメラ120側に設けられ、ワーク400に向けて光を発光している。図1において第1照明131はリング照明を用いているが、リング照明に限定されることはない。第1照明131は、照明の発光色を変えることができるカラー照明を用いる。ただし、取り扱うワーク400の色によって、照明の発光色をワーク400に対応して変更する必要が無い場合には、白色照明とすることができる。
100は位置姿勢計測装置、200はマニピュレータ制御装置、300はワーク搬送組立装置である。
位置姿勢計測装置100は、位置姿勢計測部110、カメラ120、第1照明131、第2照明132、を備えている。なお、位置姿勢計測装置100には、図1に図示されている遮光カバー133も含まれている。位置姿勢計測部110は、図示しない記憶装置(ハードディスクやメモリ等)やCPU(中央処理演算装置)等を備えたコンピュータで実現されている。画像処理部111、第1照明制御部112、第2照明制御部113は、位置姿勢計測部110に予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されている。なお、画像処理部111は画像処理装置として別の独立した装置とすることもできる。
ワーク搬送組立装置300は、ワーク搬送組立制御部310、位置姿勢計測装置100、マニピュレータ制御装置200と、入力装置311と、出力装置312と、ワーク供給部320と、ワーク組立部330とから構成されている。ワーク搬送組立制御部310は、図示しない記憶装置(ハードディスクやメモリ等)やCPU(中央処理演算装置)等を備えたコンピュータで実現されている。図2において、位置姿勢計測部110、マニピュレータ制御部210、ワーク搬送組立制御部310は、相互に必要なデータの授受を行っている。
ワーク供給部320は、組立を行うワークを供給する。例えば、パーツフィーダー等が該当する。ワーク組立部330は、搬送ワークが組み付けられるワークを固定し、必要に応じて組み付けられるワークをマニピュレータによるワーク組立作業に適した姿勢等に移動させる。
次に図3の本発明の実施形態に係るフローチャートに基づいて説明する。
ステップ2(S2)では、ステップ1で決定されたワークのワーク情報を位置姿勢計測部110が受け取り、そのワーク情報に対応する発光色を第1照明制御部112により第1照明131に設定する。発光色の設定は、第1照明131におけるRGB各素子の光量設定値(例えば、0から255の整数で、大きい数ほど光量が多い。)を設定することなる。なお、第1照明131が白色照明である場合には、白色照明の光量設定値を設定することとなる。
ステップ4(S4)で、マニピュレータ220によるワークのワーク組立部320へ移動を開始し、ステップ5(S5)にてカメラ120の撮像範囲内にワークがあるかを確認する。
ステップ5(S5)にてカメラ120の撮像範囲内にワークがあることを確認できたら、ステップ6(S6)にて、第1照明131を発光させるか否かを確認する。第1照明を発光させるか否かは、予めワークごとに記憶されている。例えば、ワーク搬送組立制御部310にてワークの組立順番ごとに、ワーク情報、第1照明の発光の有無、第1照明の発光色の設定、第2照明の発光の有無、を記憶しておき、ワーク搬送組立制御部310から位置姿勢計測部110へ第1照明131の発光の有無についてのデータを受け渡し、位置姿勢計測部110にて第1照明の発光の有無を確認する。また、ワーク搬送組立制御部310はワークの組立順番ごとのワーク情報のみを記憶し、位置姿勢計測部110はワークごとの、第1照明の発光の有無、第1照明の発光色の設定、第2照明の発光の有無、を記憶し、ワーク搬送組立制御部310から位置姿勢計測部110へワーク情報を受け渡し、そのワーク情報に基づいて位置姿勢計測部110にて第1照明の発光の有無を確認しても良い。
ステップ8(S8)にて、第2照明132を発光させるか否かを確認する。第2照明を発光させるか否かは、予めワークごとに記憶されている。例えば、ワーク搬送組立制御部110にてワークの組立順番ごとに、ワーク情報、第1証明の発光の有無、第1照明の発光色の設定、第2照明の発光の有無、を記憶しておき、ワーク搬送組立制御部310から位置姿勢計測部110へ第2照明の発光の有無についてのデータを受け渡し、位置姿勢計測部110にて第2照明132の発光の有無を確認する。また、ワーク搬送組立制御部310はワークの組立順番ごとのワーク情報のみを記憶し、位置姿勢計測部110はワークごとの第1照明の発光色の設定、第2照明の発光の有無、を記憶し、ワーク搬送組立制御部310から位置姿勢計測部110へワーク情報を受け渡し、そのワーク情報に基づいて位置姿勢計測部110にて第2照明の発光の有無を確認しても良い。
ステップ11(S11)では、ステップ7(S7)、ステップ9(S9)またはステップ10(S10)で撮像された画像を、位置姿勢計測部110の画像処理部111にて画像処理によりマニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を計測する。例えば、撮像された画像を二値化してワークを認識し、ワークの位置および姿勢を計測する。ワークの位置および姿勢の計測に際しては、遮光カバー133に基準マーカを設けておくことで、基準マーカに基づいてマニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を求めることができる。また、基準マーカの代替として、遮光カバー133の開口部輪郭を用いることもできる。
ステップ13(S13)では、ステップ12(S12)で修正された軌道および姿勢にてマニピュレータ220を動作させ、ワークをワーク組立部330にて組み立てる。
次に、位置姿勢計測装置100によって、撮像される画像について図を用いて詳細に説明する。なお、遮光カバー133は外面が黒色とする。ただし、遮光カバー133の外面は黒色に限定されるものではなく、取り扱うワークの色に合わせて変更しても良い。
図5は、白色のワーク400を、第1照明131を点灯し、第2照明132を消灯してカメラ120で撮像した画像である。撮像された画像においては、ワーク部分の画像502は白色、カバー部分の画像521は黒色となり、遮光カバー133とワーク400とにより生ずる隙間部分の画像512は光がほとんど通過していないため濃灰色となる。よって、ワーク部分の画像502と隙間部分の画像512との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像502を容易に抽出する事が可能になる。
つまり、遮光カバー133によって、第1照明131の反射光および外部の照明光によるワーク背後からカメラ120に入光する光を遮断し、第2照明132を消灯した際にはワーク400とカバー133との隙間部分の画像を安定した濃灰色に、第2照明132を点灯した際にはワーク400とカバー133との隙間部分の画像を安定した白色に保つ事が出来る。さらに、第2照明132の点灯・消灯によってワーク400とカバー133との隙間部分の画像を安定した色に変更できることで、ワーク400の色に合わせて第1照明131を調整し、ワーク部分と隙間部分との濃淡レベルの差が大きい画像を得られることとなる。
遮光カバー133の開口部は、ワークの大きさに応じて開口面積を可変可能とすることができる。例えば、開口部が四角形であれば、一辺ごとにモーター等で可動するプレートを備え、位置姿勢計測部110からの指示に基づいてプレートを所定の位置に移動させるようにすれば良い。なお、開口部面積が可変可能であれば、その方法は特に限定されることはない。
110 位置姿勢計測部
120 カメラ
131 第1照明
132 第2照明
133 遮光カバー
200 マニピュレータ制御装置
210 マニピュレータ制御部
220 マニピュレータ
221 保持装置
300 ワーク搬送組立装置
310 ワーク搬送組立制御部
320 ワーク供給部
330 ワーク組立部
Claims (6)
- 計測対象物を撮像した画像に基づき、当該計測対象物の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、
前記計測対象物を撮像するカメラと、
前記カメラ側から前記計測対象物に向けて発光する第1照明と、
前記計測対象物を挟んで前記第1照明と反対側に設けられた第2照明と、
前記計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって前記第2照明を覆う遮光カバーと、
前記第1照明の点灯および消灯を制御する第1照明制御部と
前記第2照明の点灯および消灯を制御する第2照明制御部と
前記カメラで撮像された画像に基づいて前記計測対象物の位置および姿勢を計測する画像処理部と、
により構成されたことを特徴とする位置姿勢計測装置。 - 請求項1に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第1照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、
前記第1照明制御部は、発光色を変更する第1の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。 - 請求項2に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第2照明制御部により第2照明を点灯させた場合には、前記第1照明制御部の発光色変更手段にて前記第1の照明の発光色を前記前記計測対象物の補色とし、
前記第2照明制御部により第2照明を消灯させた場合には、前記第1照明制御部の発光色変更手段にて前記第1の照明の発光色を前記計測対象物と同色とし、
前記カメラにて前記計測対象物と背景とのコントラストを大きくした画像を撮像することを特徴する位置姿勢計測装置。 - 請求項2または3に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第2照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、
前記第2照明制御部は、発光色を変更する第2の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第1照明制御部および前記第2照明制御部は、光量を調整する光量調整手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。 - ワーク供給部と、ワーク組立部と、マニピュレータと、マニピュレータ制御装置と、請求項1乃至5の何れか1項に記載の位置姿勢計測装置と、から構成されたワーク搬送組立装置において、
前記マニピュレータには、前記位置姿勢計測装置における第2照明および遮光カバーが取り付けられ、
前記前記位置姿勢計測装置におけるカメラが、ワークの搬送経路に設けられ、
前記マニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を前記カメラで撮像された画像に基づいて前記位置姿勢計測装置にて計測し、
マニピュレータ制御装置は、前記位置姿勢計測装置にて計測した結果に基づいて、マニピュレータを制御してワーク組立部にて組立を行うこと、
を特徴とするワーク搬送組立装置。
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