JP2012225750A

JP2012225750A - ３次元計測装置

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Publication number: JP2012225750A
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Inventors: Atsushi Sato; 厚佐藤
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Publication date: 2012-11-15
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Abstract

【課題】被計測物を搬送するとともに、被計測物の３次元形状の全周を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測することのできる３次元計測装置を提供する。
【解決手段】搬送経路の途中に被計測物Ｗの搬送方向Ａに対して直交する左右方向に沿って計測隙間１３が設けられた搬送装置３と、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗのステレオ画像を少なくとも計測隙間１３の上方および下方のそれぞれで予め設定された計測周期毎に光学的に読み取ってステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像の画像データを撮像し、それぞれのステレオ画像を画像データに変換してデータ処理装置５に出力するステレオカメラ２１を有する撮像装置４と、ステレオカメラ２１により計測周期の１周期毎に撮像されたそれぞれの画像データを合成する処理を連続して行うデータ処理装置５とを設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、３次元計測装置に係り、特に、被計測物を搬送するとともに、被計測物の全周の３次元形状を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測するのに好適な３次元計測装置に関する。

従来、被計測物の３次元形状を非接触で計測する３次元計測装置として、光切断法を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、被計測物の３次元形状を計測する３次元計測装置として、ステレオカメラによるステレオ画像を用いたものも知られている（例えば、非特許文献１参照）。ここで、ステレオカメラとは、２基（２台）以上のカメラにより構成された３次元計測用のカメラシステムをいう。

特開平０４−３０１７０７号公報

Ｄ．ＳｃｈａｒｓｔｅｉｎａｎｄＲ．Ｓｚｅｌｉｓｋｉ，Ａｔａｘｏｎｏｍｙａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｄｅｎｓｅｔｗｏ−ｆｒａｍｅｓｔｅｒｅｏｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＶｉｓｉｏｎ，Ｖｏｌ．４７，ｐ．７−４２，２００２．

しかしながら、従来の３次元計測装置は、インライン化された被計測物（搬送物）に対して、被計測物の全周の３次元形状を得ることができないという問題点があった。

例えば、光切断法による３次元計測装置においては、照射光と撮像カメラとの角度を最も計測精度がよい４５度の配置とした場合、コンベアなどにより搬送中の被計測物の下面を計測するためには最低でも８０ｍｍ程度の計測隙間を搬送経路に設ける必要があり、被計測物の大きさが計測隙間より小さいと計測隙間から落下するので、計測可能な被計測物の制約が著しく、現実的でない。また、照明光としては、赤色半導体レーザ光が一般的であるが、被計測物の色が黒色系になると輝度が低下し、計測できなくなる。ここで、計測隙間が８０ｍｍ程度となるのは、被計測物を搬送するためのコンベアの厚み、計測高さ範囲、撮像カメラの視野などの機構寸法からである。例えば、図６に示すように、計測高さを６０ｍｍ以上、被計測物を搬送するコンベアの厚みを３０ｍｍとし、レンズの歪み、計測分解能を考慮した撮像カメラのレンズ径を１６ｍｍとした場合、計測隙間の最小が８０ｍｍとなり、実用的でない。なお、照射光としてのレーザ光と撮像カメラとの角度を４５度としたときに、レーザ光とコンベアの上面である搬送面との角度が９０度となるので、搬送面と撮像カメラとのなす角度も４５度となる。また、計測隙間におけるレーザ光と搬送面との交点と撮像レンズとの距離は８００ｍｍ程度となる。さらに、実際の計測範囲より大きい範囲にて校正処理を行う必要がある。ここで、校正処理とは、寸法が既知の基準計測物を計測させて各画素における実測値を算出させるパラメータ（校正値）を生成することである。

また、従来のステレオカメラによる３次元計測装置においては、搬送中の被計測物を一時停止させて静止状態とすることにより３次元形状を計測可能であるものの、被計測物の全周を計測するためには、被計測物を上下反転させる必要があり、上下の合成画像による精度低下を見込む必要がある。また、計測時の上面が上下反転により下になることにより、例えば魚のフィレのような上下反転したときに形状変化する程度の軟らかい被計測物では、計測した後の被計測物の形状が計測時の形状と異なることになる。

そこで、被計測物を搬送するとともに、被計測物の３次元形状の全周を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測することのできる３次元計測装置が求められている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、被計測物を搬送するとともに、被計測物の３次元形状の全周を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測することのできる３次元計測装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため特許請求の範囲の請求項１に記載の本発明の３次元計測装置の特徴は、被計測物の搬送に供する搬送装置と、前記搬送装置により搬送される被計測物の３次元計測に供する画像データを得るための撮像装置と、前記画像データに基づいて被計測物の全周の３次元形状を得るデータ処理装置とを有しており、前記搬送装置の搬送経路の途中には、被計測物の搬送方向に対して直交する左右方向に沿って被計測物が通過可能な予め設定された計測隙間が設けられており、前記撮像装置は、少なくとも上下各１系統のステレオカメラを有しており、前記上系統のステレオカメラは、前記計測隙間の上方に配置され、前記計測隙間を通過する被計測物を予め設定された計測周期毎に前記計測隙間の上方で光学的に読み取ってステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像を画像データに変換して前記データ処理装置に出力するように形成されており、前記下系統のステレオカメラは、前記計測隙間の下方に配置され、前記計測隙間を通過する被計測物を予め設定された計測周期毎に前記計測隙間の下方で光学的に読み取ってステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像の画像データを前記データ処理装置に出力するように形成されており、前記データ処理装置は、前記各ステレオカメラにより計測周期の１周期毎に撮像されたそれぞれの画像データを合成する処理を連続して行うように形成されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、搬送装置は、被計測物が計測隙間を通過するように搬送することができる。また、撮像装置は、予め設定された計測周期毎に、計測隙間を通過する被計測物を各ステレオカメラにより上下方向から撮像してそれぞれのステレオ画像を得ることができるとともに、それぞれのステレオ画像を画像データに変換してデータ処理装置に出力することができる。データ処理装置は、各ステレオカメラにより１周期毎に上下方向から撮像されたそれぞれの画像データに基づいて被計測物の３次元形状を容易に得ることができるとともに、それぞれの画像データを連続して合成するから、搬送方向に沿って長い長尺の被測定物の全周の３次元計測を行うことができる。その結果、被計測物を搬送するとともに、被計測物の３次元形状の全周を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測することができる。すなわち、インライン化された被計測物の全周の３次元計測を非接触で確実かつ容易に行うことができる。

特許請求の範囲の請求項２に記載の本発明の３次元計測装置の特徴は、請求項１において、前記搬送装置は、前記計測隙間を介して配列された前段ベルトコンベアおよび後段ベルトコンベアを有しており、前記ステレオカメラは、それぞれ左右方向に沿って配列された少なくとも２台の撮像カメラにより構成されており、前記各ステレオカメラのそれぞれが、さらに前記計測隙間の左右方向の中央部を中点として左右方向に沿って対称に配置されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、計測隙間を介して配列された前段ベルトコンベアおよび後段ベルトコンベアは、所定の計測隙間を容易に得ることができる。また、左右方向に沿って配列された少なくとも２台の撮像カメラは、計測隙間を通過する被計測物の３次元計測に供するステレオ画像およびその画像データを確実に得ることができる。さらに、各ステレオカメラのそれぞれをさらに計測隙間の左右方向の中央部を中点として左右方向に沿って対称に配置することにより、計測隙間を通過する被計測物の３次元計測に供するステレオ画像の画像データをより確実に得ることができる。

特許請求の範囲の請求項３に記載の本発明の３次元計測装置の特徴は、請求項２において、前記前段ベルトコンベアのベルトに連れ回りする連動ローラと、前記連動ローラに接続され前記連動ローラの回転数に応じたパルス信号を出力するエンコーダユニットと、前記エンコーダユニットから出力されたパルス信号の数を計測するパルス計測回路とを有しており、前記パルス計測回路は、予め設定されたパルス信号の数を計測する毎に、前記撮像カメラを駆動するための撮像トリガをすべての撮像カメラに出力する点にある。そして、このような構成を採用したことにより、計測周期を制御することができる。また、すべての撮像カメラによる撮像タイミングを同期させることができるので、３次元形状の画像データを合成するときの位置ずれを防止することができる。その結果、被計測物の全周の３次元形状の計測精度を高くすることができる。

本発明に係る３次元計測装置によれば、被計測物の３次元形状の全周を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測することができるなどの優れた効果を奏する。

本発明に係る３次元計測装置の実施形態の要部を示す概略正面図図１の要部の側面図図１の要部の平面図本発明に係る３次元計測装置の実施形態の要部の構成を示すブロック図図１の３次元計測装置による撮像範囲を説明する説明図従来の光切断法による３次元計測装置における最小の計測隙間を説明する説明図

以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。

なお、説明の便宜上、本実施形態の３次元計測装置において、図中矢印にて示す被計測物Ｗの全体としての搬送方向Ａと直交する方向であって搬送方向上流側から見て左右に示す方向を左右方向（幅方向）とし、搬送方向Ａおよび左右方向の双方に直交する方向を上下方向（鉛直方向）とする。また、搬送方向Ａにおける上流側を「前」、下流側を「後」、左右方向における左側を「左」、右側を「右」、上下方向における上側を「上」、下側を「下」として以下に説明する。

図１から図４に示すように、本実施形態の３次元計測装置１は、被計測物Ｗ（図５）の搬送に供する搬送装置３と、搬送装置３により搬送される被計測物Ｗの３次元計測に供する画像データを得るための撮像装置４と、画像データに基づいて被計測物Ｗの全周の３次元形状を得るデータ処理装置（演算装置）としてのパーソナルコンピュータ５を有している。なお、本実施形態における被計測物Ｗの３次元計測に供する画像データとは、後述するステレオ画像の画像データである。ここで、ステレオ画像とは、周知の如く、対象物を複数の異なる視点から撮った複数枚１組の２次元の画像のことである。すなわち、本実施形態の３次元計測は、ステレオ画像を用いた３次元計測である。

前記搬送装置３は、前側に配置された前段ベルトコンベア１１と、この前段ベルトコンベア１１の後側に配置された後段ベルトコンベア１２とを有しており、前段ベルトコンベア１１と後段ベルトコンベア１２とは、予め設定された計測隙間１３（図１）をもって搬送方向Ａに沿って直列に配列されている。すなわち、搬送経路の途中には、搬送方向Ａに対して直交する左右方向に沿って予め設定された計測隙間１３が設けられている。この計測隙間１３の大きさとしては、被計測物Ｗの搬送速度、計測処理時間および搬送時間を含めた全体の処理時間、被計測物Ｗの種類および変形のしやすさ（剛性）などの特性を含む装置の仕様や、設計コンセプトなどの必要に応じて設定すればよい。本実施形態においては、魚のフィレのような被計測物Ｗの３次元計測を行うために、計測隙間１３の大きさが１４ｍｍとされている。

前段ベルトコンベア１１および後段ベルトコンベア１２は、平面ほぼ前後方向に長い矩形状に形成された枠状のメインフレーム７の上部に取り付けられている。さらに、前段ベルトコンベア１１および後段ベルトコンベア１２は、それぞれ無端環状に形成されたベルト１１ａ、１２ａを備えている。これらのベルト１１ａ、１２ａは、被計測物Ｗを下方から支持して前方から後方に向かって水平に搬送するためのものであり、それぞれの上面が搬送面１１ｂ、１２ｂとされている。また、前段ベルトコンベア１１および後段ベルトコンベア１２のそれぞれの搬送方向Ａに対して直交するベルト１１ａ、１２ａの巾である、ベルト巾は同一寸法、本実施形態においては３００ｍｍとされている。なお、計測隙間１３に、被計測物Ｗを下方から支持するとともにその移動を阻害しない摺動性に優れた図示しない透明板を配置する構成としてもよい。

前記搬送装置３を構成する前段ベルトコンベア１１および後段ベルトコンベア１２のそれぞれを駆動する駆動モータ（図示せず）は、コンベア駆動回路１４を介してＡＣ２００Ｖの電源８に接続されている。

前記前段ベルトコンベア１１の前部下方には、前段ベルトコンベア１１のベルト１１ａに連れ回りする連動ローラ１６が配設されている（図２）。この連動ローラ１６は、その長さ方向を左右方向にして前段ベルトコンベア１１の前部下方に回転自在に取り付けられた回転軸１６ａと、この回転軸１６ａに取り付けられるとともに前段ベルトコンベア１１のベルト１１ａに前下方から当接するローラ体１６ｂとを有している。なお、連動ローラ１６の配設位置としては、被計測物Ｗの搬送を阻害せず、安定してベルト面と接触する部分であればどこでもよい。例えば、ベルト１１ａの内面に接触するように配置することができる。

前記回転軸１６ａの一端には、連動ローラ１６の回転数に応じたパルス信号を出力するための図示しないエンコーダを具備するエンコーダユニット１８が配置されている。このエンコーダユニット１８は、エンコーダから出力されたパルス信号の数を計測するパルス計測回路１９と電気的に接続されている（図４）。

前記パルス計測回路１９は、後述する８台の撮像カメラ２２と電気的に接続されており、計測したパルス信号の数が予め設定された数を計測する毎に撮像タイミング信号（撮像トリガ）を８台の撮像カメラ２２のそれぞれに出力するようになっている。これにより、８台の撮像カメラ２２による撮像タイミングが同期するように形成されている。なお、パルス計測回路１９は、ＡＣ２００Ｖの電源８から供給された交流を整流して得られる図示しないＤＣ２４Ｖの電源により駆動されるようになっている。

前記撮像タイミング信号の出力周期、ひいてはエンコーダユニット１８から出力される被計測物Ｗの搬送距離（所定の距離に応じたパルス数を設定）の繰り返し周期が、計測周期とされている。すなわち、計測周期は、エンコーダから出力されるパルス信号の数により制御されることになる。なお、計測周期は、計測隙間の１３のうちの有効計測巾以内となる。本実施形態においては、１４ｍｍとされた計測隙間１３のうちの前後方向１０ｍｍが有効計測巾とされている。

前記撮像装置４は、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの形状を予め設定された計測周期毎に光学的に読み取ってそのステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像を画像データに変換してパーソナルコンピュータ５に出力するステレオカメラ２１と、少なくともステレオカメラ２１による被計測物Ｗの撮像時に計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの照明を行う照明装置２３とを有している。

前記ステレオカメラ２１は、計測隙間１３の上方左方に配置された第１ステレオカメラ２１ａ、上方右方に配置された第２ステレオカメラ２１ｂ、下方左方に配置された第３ステレオカメラ２１ｃ、および下方右方に配置された第４ステレオカメラ２１ｄを有している。これらのステレオカメラ２１（符号２１は、第１ステレオカメラ２１ａ、第２ステレオカメラ２１ｂ、第３ステレオカメラ２１ｃ、および第４ステレオカメラ２１ｄを総称する）は、計測隙間１３の上下方向に沿って上下１対、計測隙間１３の左右方向の中央部を中点として左右方向に沿って対称に左右１対とされている。

すなわち、本実施形態の撮像装置４は、計測隙間１３の上方に２系統、下方に２系統の総計４系統（上下各２系統）のステレオカメラ２１を備えている。なお、撮像装置４としては、計測隙間１３の上方に１系統、あるいは３系統以上、下方に１系統あるいは３系統以上のステレオカメラ２１を備えている構成としてもよい。すなわち、撮像装置４としては、少なくとも上下各１系統のステレオカメラ２２を有していればよい。

前記各ステレオカメラ２１は、それぞれ左右方向に沿って配列（並設）された複数、本実施形態においては２台の撮像カメラ２２（２基のカメラ）により構成されており、本実施形態においては総計８台の撮像カメラ２２が用いられている。すなわち、本実施形態のステレオカメラ２１は、２台の撮像カメラ２２によって構成されている。つまり、本実施形態における１系統のステレオカメラ２１は、２台の撮像カメラ２２によって構成されている。また、本実施形態のステレオカメラ２１は、左右方向に間隔をおいて配置された２台の撮像カメラ２２によって異なる方向から被計測物Ｗを同時に撮像することにより、ステレオ画像を得ることのできるものが用いられている。なお、１台の撮像カメラ２２は、１台分のレンズユニットおよびシャッタ機能を備えている。また、ステレオカメラ２１毎において３台以上の撮像カメラ２２を配置する構成としてもよい。さらに、本機に適用可能なスペックを有する市販のステレオカメラであれば用いることが可能である。

前記撮像カメラ２２としては、例えば、ＣＣＤイメージセンサあるいはＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子とレンズユニット（共に図示せず）を主として構成されている。この撮像カメラ２２としては、被計測物Ｗを撮像することのできるものであればよく、アナログおよびデジタルのいずれでもよい。

本実施形態の撮像カメラ２２としては、モノクロカメラが用いられている。勿論、撮像カメラ２２としてカラーカメラを用いることもできる。また、撮像カメラ２２としてアナログカメラを用いた場合には、撮像カメラ２２により撮像された画像の画像データは、Ａ／Ｄ変換器を介してパーソナルコンピュータ５に出力されることになる。

前記第１および第２ステレオカメラ２１ａ、２１ｂを構成する４台の撮像カメラ２２は、計測隙間１３の上方において左右方向に水平に配置された上カメラ配置部材７ａにカメラ取付板２６を介して左右方向に沿って配列するように取り付けられている。この上カメラ配置部材は、メインフレーム７の前後方向中央部の上方に設けられている。また、第１および第２ステレオカメラ２１ｂを構成する４台の撮像カメラ２２は、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの少なくとも上方から見える上部である上面をすべて撮像することができるように、それそれの先端を下方に向けて配置されているとともに、先端の左右方向の角度位置を調節できるようになっている。すなわち、第１および第２ステレオカメラ２１ａ、２１ｂを構成する４台の撮像カメラ２２は、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの左右方向のすべてを上方から臨むように配置されている。また、第１および第２ステレオカメラ２１ａ、２１ｂを構成する４台の撮像カメラ２２は、少なくとも前後方向１４ｍｍの計測隙間１３のうちの１０ｍｍ（有効計測巾）と計測隙間１３のベルト巾分（有効計測長）を有効撮像範囲としている。

前記第３および第４ステレオカメラ２１ｃ、２１ｄを構成する４台の撮像カメラ２２は、計測隙間１３の下方において左右方向に水平に配置された下カメラ配置部材７ｂにカメラ取付板２６を介して左右方向に沿って配列するように取り付けられている。この下カメラ配置部材７ｂは、メインフレーム７の前後方向中央部の下方に設けられている。また、第３および第４ステレオカメラ２１ｃ、２１ｄを構成する４台の撮像カメラ２２は、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの少なくとも上方から見えない下部である下面（被計測物Ｗの全周のうちの上面を除いた面）をすべて撮像することができるように、それぞれの先端を上方に向けて配置されているとともに、先端の左右方向の角度位置を調節できるようになっている。すなわち、第３および第４ステレオカメラ２１ｃ、２１ｄを構成する４台の撮像カメラ２２は、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの左右方向のすべてを下方から臨むように配置されている。また、第３および第４ステレオカメラ２１ｃ、２１ｄを構成する４台の撮像カメラ２２は、第１および第２ステレオカメラ２１ａ、２１ｂを構成する４台の撮像カメラ２２と同様に、前後方向１４ｍｍの計測隙間１３のうちの前後方向中央部１０ｍｍと計測隙間１３のベルト巾分を有効撮像範囲としている。

なお、第１〜第４ステレオカメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄによるそれぞれの撮像範囲は、隣位の２つの撮像範囲が重なるように設定されている。ここで、上面用に２系統のステレオカメラ２１、ならびに下面用に２系統のステレオカメラ２１を配置しているのは、被計測物Ｗの搬送方向Ａに対して直交する周面を安定して計測するためであり、図５に示すように、被計測物Ｗの搬送方向Ａ（図５の紙面垂直方向）に対して直交する周面を左上、右上、左下、右下に４分割してそれぞれのステレオカメラ２１にて受け持っている画像（イメージ）となる。これら４つのイメージをオーバーラップさせて一番条件のよい計測結果を採用することになる。

前記各撮像カメラ２２は、図示しないカメラ駆動回路を介してパーソナルコンピュータ５と電気的に接続されており、各撮像カメラ２２により得られたそれぞれの被計測物Ｗの画像の画像データをパーソナルコンピュータ５に出力できるようになっている。なお、撮像カメラ２２の駆動回路は、撮像カメラ２２の内部に搭載されている。また、各撮像カメラ２２は、パーソナルコンピュータ５を介してＡＣ１００Ｖの電源９に接続されている。具体的には、各撮像カメラ２２とパーソナルコンピュータ５とは、汎用ＩＦ（インターフェイス）であるＩＥＥＥ１３９４ｂにより接続されている。また、各撮像カメラ２２の駆動電源は、ＩＥＥＥ１３９４ｂから供給される。さらに、パーソナルコンピュータ５の実装基板の１つはＩＥＥＥ１３９４ｂ基板である。さらにまた、撮像カメラ２２の配線はＩＥＥＥ１３９４ｂ−ＩＦおよび後述する撮像トリガの入力のみである。なお、各撮像カメラ２２とパーソナルコンピュータ５とを接続するＩ／Ｆとしては、各撮像カメラ２２を同期させて駆動することのできるものであればよい。このような他のＩ／Ｆとしては、ＵＳＢやカメラリンクなどを挙げることができる。

前記照明装置２３は、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗに光を照射するためのものであり、計測隙間１３の左方に配置された第１照明ユニット２３ａ、計測隙間１３の右方に配置された第２照明ユニット２３ｂ、計測隙間１３の下前方に配置された第３照明ユニット２３ｃ、計測隙間１３の下後方に配置された第４照明ユニット２３ｄを有している。そして、第１および第２照明ユニット２３ｂは、それぞれ上下方向に沿って配置された４つの光源２４を有しており、それぞれの光源２４から出射される光の光軸を横方向に向けて配置されているとともに、最も下方の光源２４は、搬送面を含む平面よりやや上方位置に配置されている。さらに、第１および第２照明ユニット２３ａ、２３ｂは、前段ベルトコンベア１１および後段ベルトコンベア１２を間において左右方向に対称に配置されている。また、第３および第４照明ユニット２３ｃ、２３ｄは、それぞれ１つの光源２４を有しており、これらの光源２４から出射される光の光軸を上方に向けて配置されている。さらに、第３および第４照明ユニット２３ｃ、２３ｄは、計測隙間１３の下方において間隔をおいて前後方向に対称に配置されている。

したがって、照明装置２３（符号２３は、第１照明ユニット２３ａ、第２照明ユニット２３ｂ、第３照明ユニット２３ｃ、および第４照明ユニット２３ｄを総称する。）は、計測隙間１３の左方、右方、下前方、下後方のそれぞれに配置されている。

すなわち、本実施形態の照明装置２３は、計測隙間１３の左右に２系統、下方の前後に２系統の総計４系統の照明を備えており、これらの照明装置２３は、メインフレーム７に取り付けられている。また、照明装置２３の光源２４としては、ＬＥＤ、電球および蛍光ランプなどを挙げることができる。

前記照明装置２３は、照明用駆動回路３０および図示しない照明点灯用スイッチをこの順に介してＡＣ１００Ｖの電源９に接続されており、照明点灯用スイッチのオンオフ操作により点灯と消灯とを制御できるようになっている。なお、照明装置２３の点灯および消灯のタイミングをパーソナルコンピュータ５により制御する構成とすることもできる。この場合、照明用駆動回路３０それ自体は、外部となり、その制御出力をパーソナルコンピュータ５により操作することになる。

本実施形態の照明装置２３による照明は、１０００Ｈｚ程度のインバーター照明とされており、撮像カメラ２２による撮像タイミングが、交流により駆動する照明の点滅周期における消灯状態と重なるのを防止できるようになっている。

前記パーソナルコンピュータ５は、複数、本実施形態においては４つの演算部として機能する図示しないプロセッサコアを１つのパッケージに集積したマイクロプロセッサ（クアッドコアプロセッサ）と、プログラムやデータを記憶する記憶部として機能する図示しないメモリと、情報の消去と書き込みとを行うことのできるハードディスク装置などの図示しない外部記憶装置、図示しないＣＤあるいはＤＶＤドライブを有する本体を備えており、この本体には、情報の入力に用いるキーボード、マウスなどの図示しない入力装置と、情報の表示に用いる液晶ディスプレイなどの表示装置（モニタ）が電気的に接続されている。なお、メモリは、適宜な容量のＲＯＭ、ＲＡＭおよび電気的にデータの消去と書き込みとを行うことのできるＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリなどにより形成されている。このパーソナルコンピュータ５は、ＡＣ１００Ｖの電源９に接続されている。そして、メモリには、少なくとも第１〜第４ステレオカメラ２１ｄが撮像した画像の画像データを演算処理して被計測物Ｗの全周の３次元形状を連続して得ることのできるプログラムおよびデータが記憶されている。

前記パーソナルコンピュータ５は、コンベア駆動回路１４と電気的に接続されており、パーソナルコンピュータ５からコンベア駆動回路１４に出力されるデジタル制御出力により、前段ベルトコンベア１１および後段ベルトコンベア１２による被計測物Ｗの搬送速度（駆動モータの回転数あるいは回転速度）、搬送の開始および停止タイミングなどがそれぞれ制御されている。

前記パーソナルコンピュータ５には、第１〜第４ステレオカメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを構成する８台の撮像カメラ２２のそれぞれが図示しないカメラ駆動回路を介して電気的に接続されており、メモリに記憶されたプログラムに基づいてＣＰＵが、第１〜第４ステレオカメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのそれぞれが撮像したステレオ画像の画像データ、すなわち８台の撮像カメラ２２のそれぞれが撮像した画像の画像データを演算処理して被計測物Ｗの全周の３次元形状を得ることができるようになっている。

具体的には、計測周期の１周期毎に第１ステレオカメラ２１ａを構成する２台の撮像カメラ２２によるそれぞれの画像の画像データから被計測物Ｗの上面左側のステレオ画像の画像データ、第２ステレオカメラ２１ｂを構成する２台の撮像カメラ２２によるそれぞれの画像の画像データから被計測物Ｗの上面右側のステレオ画像の画像データ、第３ステレオカメラ２１ｃを構成する２台の撮像カメラ２２によるそれぞれの画像の画像データから被計測物Ｗの下面左側のステレオ画像の画像データ、第４ステレオカメラ２１ｄを構成する２台の撮像カメラ２２によるそれぞれの画像の画像データから被計測物Ｗの下面右側のステレオ画像の画像データをそれぞれ得るとともに、これら４つのステレオ画像の画像データを合成して被計測物Ｗの全周の３次元形状の計測データを１周期毎に連続して行う。なお、本実施形態における搬送装置３による被計測物Ｗの搬送速度は１３５ｍｍ／ｓとされており、計測周期は７４ｍｓとされている。

なお、計測データとしては、被計測物Ｗの形状だけでなく、色、表面の凹凸や質感（テクスチャ）などの情報を付加したものとすることができる。

つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。

本実施形態の３次元計測装置１によれば、搬送装置３および照明装置２３を駆動して光を照射した状態で前段ベルトコンベア１１に被計測物Ｗを供給すると、被計測物Ｗは、搬送方向Ａに沿って前段ベルトコンベア１１から計測隙間１３を通過して後段ベルトコンベア１２に搬送されて排出される。そして、被計測物Ｗが計測隙間１３を通過する際に、光を照射された状態で、その全周が予め設定された計測周期毎に各ステレオカメラ２１によってそのステレオ画像が撮像され、各ステレオカメラ２１によって撮像された被計測物Ｗのそれぞれのステレオ画像の画像データ、すなわち８台の撮像カメラ２２のそれぞれが撮像した画像の画像データはパーソナルコンピュータ５に出力される。ついで、パーソナルコンピュータ５に出力された被計測物Ｗのそれぞれの画像データは、メモリに記憶されたプログラムに基づいて各ステレオカメラ２１により計測周期の１周期毎に撮像されたそれぞれの画像データを演算処理して被計測物Ｗの全周の３次元形状を得るとともに、被計測物Ｗの３次元形状を得る処理を計測周期毎に連続的に行う。

このように本実施形態の３次元計測装置１の搬送装置３によれば、搬送経路の途中に被計測物Ｗの搬送方向Ａに対して直交する左右方向に沿って被計測物Ｗが通過可能な予め設定された計測隙間１３が設けられているから、被計測物Ｗが計測隙間１３を通過するように搬送することができる。

本実施形態の３次元計測装置１の搬送装置３によれば、計測隙間１３を介して配列された前段ベルトコンベア１１および後段ベルトコンベア１２を有しているから、所定の計測隙間１３を容易に得ることができる。

本実施形態の３次元計測装置１の撮像装置４によれば、計測隙間１３の上方に配置され、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの表面形状を予め設定された計測周期毎に計測隙間１３の上方で光学的に読み取ってステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像を画像データに変換してパーソナルコンピュータ５に出力するステレオカメラ２１と、計測隙間１３の下方に配置され、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの表面形状を予め設定された計測周期毎に計測隙間１３の下方で光学的に読み取ってステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像の画像データをパーソナルコンピュータ５に出力するステレオカメラ２１とを有しているから、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗを予め設定された計測周期毎に、ステレオカメラ２１により上下方向から撮像してそれぞれの３次元形状を得るためのステレオ画像を得ることができるとともに、それぞれのステレオ画像を画像データに変換してパーソナルコンピュータ５に確実に出力することができる。

本実施形態の３次元計測装置１の撮像装置４によれば、計測隙間１３の上方および下方に配置されたステレオカメラ２１のそれぞれが、さらに計測隙間１３の左右方向の中央部を中心として左右方向に沿って対称に配置されているから、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの全周の画像データをより確実に得ることができる。なお、ステレオカメラ２１が撮像する画像は、被計測物Ｗの搬送方向Ａに対して直交する方向における全周である。

本実施形態の３次元計測装置１の撮像装置４によれば、ステレオカメラ２１が左右方向に沿って配列された２台の撮像カメラ２２を具備しているから、計測隙間を通過する被計測物Ｗの３次元計測に供するためのステレオ画像およびその画像データを確実に得ることができる。

本実施形態の３次元計測装置１の撮像装置４によれば、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗに光を照射するための照明装置２３を有しているから、鮮明な画像を得ることができる。

本実施形態の３次元計測装置１の撮像装置４によれば、照明装置２３が計測隙間１３の左方に配置された第１照明ユニット２３ａ、計測隙間１３の右方に配置された第２照明ユニット２３ｂ、計測隙間１３の下前方に配置された第３照明ユニット２３ｃ、計測隙間１３の下後方に配置された第４照明ユニット２３ｄを有しているから、計測隙間１３を通過する被計測物Ｗの全周に光をより確実に照射することができる。

本実施形態の３次元計測装置１のパーソナルコンピュータ５によれば、ステレオカメラ２１により１周期毎に上下方向から撮像されたステレオ画像の画像データを演算処理して被計測物Ｗの３次元形状を容易に得ることができるとともに、それぞれの画像データを連続して合成するから、魚のフィレなどの搬送方向Ａに沿って長い長尺の被測定物の全周の３次元計測を行うことができる。

本実施形態の３次元計測装置１によれば、前段ベルトコンベア１１のベルトに連れ回りする連動ローラ１６と、連動ローラ１６に接続され前記連動ローラ１６の回転数に応じたパルス信号を出力するエンコーダユニット１８と、エンコーダユニット１８から出力されたパルス信号の数を計測するパルス計測回路１９とを有しており、パルス計測回路１９は、予め設定されたパルス信号の数を計測する毎に、撮像カメラ２２を駆動するための撮像トリガをすべての撮像カメラ２２に出力するから、計測周期を制御することができるし、すべての撮像カメラ２２による撮像タイミングを同期させることができるので、３次元形状の画像データを合成するときの位置ずれを防止することができる。その結果、被計測物Ｗの全周の３次元形状の計測精度を高くすることができる。

本実施形態の３次元計測装置１によれば、計測隙間１３が１４ｍｍとされているから、魚のフィレのような被計測物Ｗの全周の３次元計測を確実に行うことができるし、従来の光切断法による３次元計測では得られない、被計測物Ｗの全周の３次元形状を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測するための実用的な８０ｍｍより小さい計測隙間１３を容易に得ることができる。

したがって、本実施形態の３次元計測装置１によれば、被計測物Ｗを搬送するとともに、被計測物Ｗの３次元形状の全周を搬送の途中で停止させることなく非接触で計測することができる。すなわち、インライン化された被計測物Ｗの全周の３次元計測を非接触で確実かつ容易に行うことができる。

また、本実施形態の３次元計測装置１によれば、搬送装置３により被計測物Ｗを搬送しつつ３次元計測を行うので、被計測物Ｗを上下反転させときに形状変化する程度の軟らかい被計測物Ｗの全周の３次元計測を行うことができるし、搬送中における被計測物Ｗの形状変化および計測結果と実姿勢の形状変化が極めて少ないので、工程間におけるステージ間移送が可能であり、軟らかく不定型な被計測物Ｗにおける高精度加工を目標とした計測に寄与できる。

さらに、本実施形態の３次元計測装置１によれば、撮像カメラ２２の撮像画素の分解能に応じた点群ピッチでのステレオ画像の画像データを得ることができるので、被計測物Ｗの上下面併せて高密度な計測が可能であり、高精度な計測結果を得ることができるし、ステレオ画像の画像データにより３次元計測を行うので、３次元情報のみならず表面の凹凸情報も得ることができるため、「必要な部位検出」、「色による良否判定」も併せて行うことができるし、輝度差が確保できれば黒色系の被計測物Ｗでも安定した計測を行うことができる。

したがって、本実施形態の３次元計測装置１によれば、水産物、農産物、畜産物を問わず、高精度な加工を行うための視覚装置として用いることもできる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１３次元計測装置
３搬送装置
４撮像装置
５パーソナルコンピュータ（データ処理装置）
１１前段ベルトコンベア
１２後段ベルトコンベア
１１ｂ、１２ｂ搬送面
１３計測隙間
１６連動ローラ
１６ａ回転軸
１６ｂローラ体
１８エンコーダユニット
１９パルス計測回路
２１ステレオカメラ
２１ａ第１ステレオカメラ
２１ｂ第２ステレオカメラ
２１ｃ第３ステレオカメラ
２１ｄ第４ステレオカメラ
２２撮像カメラ
２３照明装置
２３ａ第１照明ユニット
２３ｂ第２照明ユニット
２３ｃ第３照明ユニット
２３ｄ第４照明ユニット
２４光源
３０照明用駆動回路
Ａ搬送方向
Ｗ被計測物

Claims

被計測物の搬送に供する搬送装置と、
前記搬送装置により搬送される被計測物の３次元計測に供する画像データを得るための撮像装置と、
前記画像データに基づいて被計測物の全周の３次元形状を得るデータ処理装置と、
を有しており、
前記搬送装置の搬送経路の途中には、被計測物の搬送方向に対して直交する左右方向に沿って被計測物が通過可能な予め設定された計測隙間が設けられており、
前記撮像装置は、少なくとも上下各１系統のステレオカメラを有しており、
前記上系統のステレオカメラは、前記計測隙間の上方に配置され、前記計測隙間を通過する被計測物を予め設定された計測周期毎に前記計測隙間の上方で光学的に読み取ってステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像を画像データに変換して前記データ処理装置に出力するように形成されており、
前記下系統のステレオカメラは、前記計測隙間の下方に配置され、前記計測隙間を通過する被計測物を予め設定された計測周期毎に前記計測隙間の下方で光学的に読み取ってステレオ画像を撮像し、そのステレオ画像の画像データを前記データ処理装置に出力するように形成されており、
前記データ処理装置は、前記各ステレオカメラにより計測周期の１周期毎に撮像されたそれぞれの画像データを合成する処理を連続して行うように形成されていることを特徴とする３次元計測装置。
前記搬送装置は、前記計測隙間を介して配列された前段ベルトコンベアおよび後段ベルトコンベアを有しており、
前記ステレオカメラは、それぞれ左右方向に沿って配列された少なくとも２台の撮像カメラにより構成されており、
前記各ステレオカメラのそれぞれが、さらに前記計測隙間の左右方向の中央部を中点として左右方向に沿って対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元計測装置。
前記前段ベルトコンベアのベルトに連れ回りする連動ローラと、
前記連動ローラに接続され前記連動ローラの回転数に応じたパルス信号を出力するエンコーダユニットと、
前記エンコーダユニットから出力されたパルス信号の数を計測するパルス計測回路と、
を有しており、
前記パルス計測回路は、予め設定されたパルス信号の数を計測する毎に、前記撮像カメラを駆動するための撮像トリガをすべての撮像カメラに出力することを特徴とする請求項２に記載の３次元計測装置。