JP2014149182A - ワークとの相関位置決め方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】廉価なカメラを用いたとしてもワークの位置を高精度に検出する。
【解決手段】ワークとの相関位置決め方法は、測定対象点毎に、カメラ画像から測定対象点の位置を測定する第１測定工程と、測定対象点とカメラのレンズ中心との差分を示す第１ずれ量の分だけ移動させたカメラ補正計測位置へカメラを固定する計測位置補正工程と、カメラ補正計測位置にて撮影したカメラ画像から測定対象点の位置を再度測定する第２測定工程と、レーザ変位計で測定対象点の奥行位置を計測し基準奥行位置からの位置ずれを検出する奥行位置ずれ検出工程と、を含み、すべての測定対象点について得られた３次元の位置ずれの分だけ、当該ワークに対する教示位置データを補正する位置データ補正工程を含むことを特徴とする。
【選択図】図８
【解決手段】ワークとの相関位置決め方法は、測定対象点毎に、カメラ画像から測定対象点の位置を測定する第１測定工程と、測定対象点とカメラのレンズ中心との差分を示す第１ずれ量の分だけ移動させたカメラ補正計測位置へカメラを固定する計測位置補正工程と、カメラ補正計測位置にて撮影したカメラ画像から測定対象点の位置を再度測定する第２測定工程と、レーザ変位計で測定対象点の奥行位置を計測し基準奥行位置からの位置ずれを検出する奥行位置ずれ検出工程と、を含み、すべての測定対象点について得られた３次元の位置ずれの分だけ、当該ワークに対する教示位置データを補正する位置データ補正工程を含むことを特徴とする。
【選択図】図８
Description
本発明は、ワークとの相関位置決め方法に関し、特にカメラを用いたワークとの相関位置決め方法に関する。
従来、工場等において、作業員が手作業や半自動でワークの搬送を行っている。例えば、所定の形状に加工されたワーク（例えば車体用ワーク）を、元のワーク置き場から、目的地（例えば組立ラインにて組立途中の車体の内部）に搬送する場合、中継地点であるワークスタンドを経由することがある。このような現場で、搬送作業を高速化したり、対象ワークを大型化したりするために、例えばロボットを導入するなどの対策がとられている。この場合、新たな設備には多大な費用を要するので、現状の設備を改良するなどして導入コストを抑制する工夫がなされている。
ワーク搬送において、中継地点であるワークスタンドにワークを載置することを前提とした場合、元のワーク置き場から目的地までのワーク搬送すべてを自動化することが理想的である。ただし、コストの面からは、中継地点にワークを載置するまでの工程（以下、第１工程という）か、中継地点から目的地までワークを搬送する工程（以下、第２工程という）のいずれか一方については現状の搬送方法の維持や現状設備の転用を前提とすることが好ましい。
そして、例えば第２工程にて、ワークスタンドに載置されているワークをロボットにて取り出すことで作業効率を高める場合を想定すると、ロボットがワークを確実に把持するには、例えば第１工程にてワークスタンドに対してワークを高精度で位置決めする必要がある。しかし、現状の第１工程にてワークの厳格な位置決めを行っていない場合、現状の搬送方法を維持することができなくなってしまう。
また、ワークスタンドに載置されているワークをロボットが確実に把持する別の方法としては、現状の搬送方法を維持するためにワークスタンド上でワークの位置がバラツキを持っている場合、実際に載置されているワークの位置・姿勢をセンサ（カメラやレーザ変位計）にて検出し、その位置ずれ情報をロボットに受渡し、教示位置データを補正した上でワークの取出しを行なうことが考えられる。
なお、ワーク上の孔の位置をセンサ（カメラやレーザ変位計）にて検出することでワークの位置・姿勢を測定する技術は特許文献１に記載されている。ただし、特許文献１に記載の技術は、製造されたワーク自体が、設計原図に対してどの程度ずれているか判別することによってワークが良品か否かを判別するための技術である。
しかしながら、元のワーク位置からワークスタンドまでの現状の搬送方法を維持するためにワークスタンド上でワークの位置バラツキが大きい場合、カメラで撮影された画像（カメラ画像）において、カメラの軸芯にて検出すべき対象物がカメラの軸芯から離れた位置に写ってしまう。そのため、廉価で汎用的に使用されているカメラを位置検出に用いた場合、高精度な検出を行うことができない。その理由は、廉価なカメラでは、カメラ画像において、カメラのレンズ中心付近では、画像に歪みがないため高精度な位置検出が可能だが、周辺部では画像が歪むため高精度な位置検出ができないからである。
そのため、ワークスタンド上でワークの位置バラツキが大きくなる場合、なんら工夫をしなければ、汎用的ではない特殊で高価なカメラやカメラレンズあるいは照明機器等の付属品を位置検出のために使用する必要が生じてしまう。
また、ワーク上の孔の位置を測定することでワークの位置・姿勢を測定する場合、ワークの位置バラツキが大きいと、そのときにカメラ画像により決定された位置に基づいてレーザ変位計から出射するレーザ光の照射位置の狙いが外れてレーザ光がワークの孔を通ってしまい反射光が検出できなくなる問題がある。
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、廉価なカメラを用いたとしてもワークの位置を高精度に検出できるワークとの相関位置決め方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明に係るワークとの相関位置決め方法は、ワークに予め設定しておく少なくとも３点の測定対象点から前記ワークの位置及び姿勢を検出して、前記ワークとその把持手段との相関位置を決定する、ワークとの相関位置決め方法であって、前記ワークに設定された測定対象点毎に、カメラとレーザ変位計とを備える位置測定手段を搭載したロボット用治具を、前記測定対象点の基準位置を教示する教示位置データに基づいて移動させることで、前記カメラをカメラ基準計測位置へ固定し、前記カメラで撮影したカメラ画像から前記測定対象点の位置を測定する第１測定工程と、前記第１測定工程で測定した測定対象点の位置と、前記カメラのレンズ中心の位置との差分を実空間距離に換算した換算値である第１位置ずれの分だけ前記ロボット治具を移動させたカメラ補正計測位置へ前記カメラを固定する計測位置補正工程と、前記カメラ補正計測位置にて前記カメラで撮影したカメラ画像から前記測定対象点の位置を再度測定する第２測定工程と、前記ロボット治具を移動させることで、レーザ基準計測位置を前記第１位置ずれの分だけ補正したレーザ補正計測位置へ前記レーザ変位計を固定し、前記レーザ変位計で前記測定対象点の奥行位置を計測し、前記測定対象点の基準奥行位置からの位置ずれを検出する奥行位置ずれ検出工程と、を含み、前記ワークに設定されたすべての前記測定対象点について得られた、前記第１位置ずれと、前記第２測定工程で測定した測定対象点の位置と前記カメラのレンズ中心の位置との差分を実空間距離に換算した換算値である第２位置ずれと、前記奥行位置の位置ずれとから、前記ワークの位置及び姿勢を検出し、当該ワークの前記測定対象点の基準位置からのずれ量の分だけ、当該ワークに対する前記教示位置データを補正する位置データ補正工程を含むことを特徴とする。
かかる手順によれば、ワークとの相関位置決め方法では、ワークに設定された測定対象点毎に、第１測定工程にて、教示位置データに基づいてカメラを移動させたカメラ基準計測位置にて、カメラ画像を基に測定対象点の画像平面内の基準からのずれ量を一度検出する。そして、計測位置補正工程にて、ずれ量をカメラ位置のずれに換算した第１位置ずれの分だけロボット治具を移動させ、第２測定工程にて、同じ測定対象点を再撮影する。そして、奥行位置ずれ検出工程にて、測定対象点の基準奥行位置からの位置ずれを検出する。さらに、すべての測定対象点について３次元の位置ずれが得られると、位置データ補正工程にて、教示位置データを補正する。前記第２測定工程では、再度撮影されたカメラ画像を基に測定対象点の画像平面内の基準からのずれ量をもう一度検出することができる。よって、廉価なカメラを用いた場合に、１回目に測定した位置ずれに誤差があっても、２回目に測定した位置ずれの分の情報を加算すれば、誤差を解消することができる。したがって、本発明のワークとの相関位置決め方法は、廉価なカメラを用いたとしてもワークの位置を高精度に検出できる。
また、本発明に係るワークとの相関位置決め方法は、前記ワークには、前記把持手段が把持する際に使用する少なくとも３つの貫通孔が穿設されており、前記ワークに穿設された貫通孔に対して前記測定対象点が設定されていることが好ましい。
かかる手順によれば、ワークとの相関位置決め方法は、貫通孔が穿設されたワークを対象として、貫通孔に測定対象点を設定するので、位置を測定するためにワークに事前に特定のマークをつける必要がない。また、レーザ基準計測位置を第１位置ずれの分だけ補正するので、レーザ変位計から出射するレーザ光の照射位置の狙いが外れることを防止し、したがってレーザ反射光が検出できなくなるといった心配がない。
本発明によれば、ワークの位置を測定するためにカメラの位置を移動してワーク上の同じ測定対象点を２回撮影するので、廉価なカメラを用いた場合に、１回目の撮影結果に誤差があったとしても２回目の撮影結果も合わせて利用すれば、誤差を解消することができる。したがって、本発明のワークとの相関位置決め方法は、廉価なカメラを用いたとしてもワークの位置を高精度に検出することができる。そのため、載置されたワークの位置がバラツキを持っていても、次の工程にて、教示位置データを補正したデータを用いることで、把持手段が容易にワークを把持することができる。
図面を参照して本発明を実施するための形態（実施形態という）について詳細に説明する。なお、各図面が示す部材のサイズや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
［１．ロボットシステムの構成の概要］
ここでは、本発明に係るワークとの相関位置決め方法を実施するためのロボットシステムの構成の概要について図１を参照して説明する。
本発明に係るワークとの相関位置決め方法は、ワーク１００をその図示しない把持手段へ提供する作業の前工程として、ワーク１００に予め設定しておく少なくとも３点の測定対象点１１０からワーク１００の位置及び姿勢を検出して、ワーク１００と前記把持手段との相関位置を決定する方法である。
このために、ロボットシステム１は、図１に示すように、主として、ロボット２と、ロボット制御装置３と、教示データ入力装置４と、ロボット治具５と、位置測定手段６としてのカメラ７およびレーザ変位計８と、位置補正制御装置１０と、を備えている。
ここでは、本発明に係るワークとの相関位置決め方法を実施するためのロボットシステムの構成の概要について図１を参照して説明する。
本発明に係るワークとの相関位置決め方法は、ワーク１００をその図示しない把持手段へ提供する作業の前工程として、ワーク１００に予め設定しておく少なくとも３点の測定対象点１１０からワーク１００の位置及び姿勢を検出して、ワーク１００と前記把持手段との相関位置を決定する方法である。
このために、ロボットシステム１は、図１に示すように、主として、ロボット２と、ロボット制御装置３と、教示データ入力装置４と、ロボット治具５と、位置測定手段６としてのカメラ７およびレーザ変位計８と、位置補正制御装置１０と、を備えている。
各構成要素の詳細については後記する。なお、ロボット制御装置３と、位置補正制御装置１０とは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力インタフェース等を備えている。
ロボットシステム１は、ロボット２を用いて、教示された基準測定位置へ位置測定手段６を移動させ、その移動先から、所定の場所に置かれたワーク１００上に予め設定された測定対象点１１０の位置を測定し、ワーク１００の事前に定められた位置・姿勢の基準値からの位置ずれを検出するものである。
ロボットシステム１では、カメラ７を含む位置測定手段６の移動先にて、カメラ画像を基に測定対象点１１０の画像のｘｙ方向の基準からのずれ量を一度検出し、検出したずれ量を実空間の距離に換算した位置ずれの分だけ、カメラ７を含む位置測定手段６を移動させた後に同じ測定対象点１１０を再撮影したカメラ画像から２回目のずれ量を検出する。そして、レーザ変位計８の基準測定位置から、１回目の位置ずれの分だけ移動させた測定位置にて、測定対象点１１０までの距離を測定し、ｚ方向の基準からのずれとして奥行位置ずれを検出する。
［２．ワーク］
ここでは、本発明において位置決めの対象とするワークについて説明する。
本実施形態のワークとの相関位置決め方法において、ワークの用途、形状、材質、サイズは特に限定されないが、説明の都合上、ワークの具体例について図２および図３を参照して説明する。図２は、本発明に係るロボットシステムにおいてワークの位置を測定する様子を模式的に示す図である。図３は、ワークの一例を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図を示している。なお、図３（ａ）に示すｚ軸は、図３（ｂ）に示すｘｙ平面に直交している。
ここでは、本発明において位置決めの対象とするワークについて説明する。
本実施形態のワークとの相関位置決め方法において、ワークの用途、形状、材質、サイズは特に限定されないが、説明の都合上、ワークの具体例について図２および図３を参照して説明する。図２は、本発明に係るロボットシステムにおいてワークの位置を測定する様子を模式的に示す図である。図３は、ワークの一例を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図を示している。なお、図３（ａ）に示すｚ軸は、図３（ｂ）に示すｘｙ平面に直交している。
図２に示すワーク１００は、一例として、車体に用いるワークであって亜鉛メッキ鋼板を所定形状に加工した一辺が数十ｃｍ程度のものとする。また、図２に示すワーク１００について空間上の位置を説明するため、図３に示す空間座標（ｘｙｚ座標）を用いる。なお、図３に示す空間座標（ｘｙｚ座標）は、特定の１つの測定対象点１１０に着目しているときの説明のための座標である。
図２に示すように、ワーク１００の近傍には、ロボット２が配置され、ロボット２の先端側のアームにはロボット治具５が取り付けられている。ロボット治具５には、カメラ７およびレーザ変位計８が並設されている。
このワーク１００を撮影する側を、ワークにとっての上側（ｚ軸の正の向き：図３（ａ）参照）と呼ぶ。ワーク１００は、上側が開口となっている筐体１０１と、筐体１０１の開口側（ワークにとっての上側）に設けられて横長の帯状の部材（以下、ビーム１０２，１０３と呼ぶ）がｙ軸の方向（図３（ｂ）参照）に所定間隔をあけて２本設けられている。ビーム１０２，１０３は、ワーク１００の筐体１０１の輪郭から外に向かって両側にはみ出しており、そのはみ出た部分には貫通孔（以下、孔という）が穿設されている。これらの孔は、図示しないワーク把持専用ロボットがワーク１００を把持するときに使用することを想定したものである。本実施形態では、これら４つの孔のうちの３つを測定対象点１１０とする。
ワーク１００は、図２に示すように、テーブル状のワークスタンド２００に載置されている。ワークスタンド２００は、元のワーク置き場から、ワーク搬送先の目的地である組立ラインにて組立途中の車体の内部に搬送する場合の中継地点となるものである。
ワークスタンド２００のワーク１００に接触する面には、ワーク１００を左右（ｘ軸の方向：図３（ｂ）参照）の両側で支持する２つの支持部２０１，２０２が設けられている。支持部２０１，２０２は、ワーク１００を斜めに傾けて載置したときにワーク１００のビーム１０２，１０３を挟持して支持する。
ワークスタンド２００のワーク１００に接触する面には、ワーク１００を左右（ｘ軸の方向：図３（ｂ）参照）の両側で支持する２つの支持部２０１，２０２が設けられている。支持部２０１，２０２は、ワーク１００を斜めに傾けて載置したときにワーク１００のビーム１０２，１０３を挟持して支持する。
ワークスタンド２００に対してワーク１００を高精度で位置決めした理想的な載置状態を図４（ａ）に示す。また、ワークスタンド２００上でワーク１００の位置がバラツキを持っている場合の載置状態を図４（ｂ）に示す。
図４（ａ）に示すように、ワークスタンド２００上の３つの測定対象点１１０についての３次元空間の基準位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を設定する。
例えば、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）は、ワーク１００の位置を測定するための１番目の測定対象点１１０の中心位置を示す。一方、図４（ｂ）に示す載置状態の場合、ワーク１００の１番目の測定対象点１１０の中心位置はＰ’１で表される。
図４（ａ）に示すように、ワークスタンド２００上の３つの測定対象点１１０についての３次元空間の基準位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を設定する。
例えば、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）は、ワーク１００の位置を測定するための１番目の測定対象点１１０の中心位置を示す。一方、図４（ｂ）に示す載置状態の場合、ワーク１００の１番目の測定対象点１１０の中心位置はＰ’１で表される。
図４（ａ）に示す３つの測定対象点１１０の測定のタイミングは異なっている。よって、座標系を独立に考慮することができる。
１番目の測定対象点１１０固有の座標系では基準位置Ｐ１が原点である。したがって、Ｐ１＝（０，０，０）、Ｐ’１＝（Δｘ1，Δｙ1，Δｚ1）のように表現することもできる。同様に、２番目の測定対象点１１０固有の座標系では基準位置Ｐ２が原点である。したがって、Ｐ２＝（０，０，０）、Ｐ’２＝（Δｘ2，Δｙ2，Δｚ2）のように表現することもできる。同様に、３番目の測定対象点１１０固有の座標系では基準位置Ｐ３が原点である。したがって、Ｐ３＝（０，０，０）、Ｐ’３＝（Δｘ3，Δｙ3，Δｚ3）のように表現することもできる。
１番目の測定対象点１１０固有の座標系では基準位置Ｐ１が原点である。したがって、Ｐ１＝（０，０，０）、Ｐ’１＝（Δｘ1，Δｙ1，Δｚ1）のように表現することもできる。同様に、２番目の測定対象点１１０固有の座標系では基準位置Ｐ２が原点である。したがって、Ｐ２＝（０，０，０）、Ｐ’２＝（Δｘ2，Δｙ2，Δｚ2）のように表現することもできる。同様に、３番目の測定対象点１１０固有の座標系では基準位置Ｐ３が原点である。したがって、Ｐ３＝（０，０，０）、Ｐ’３＝（Δｘ3，Δｙ3，Δｚ3）のように表現することもできる。
また、別の観点からは、測定のタイミングが異なっている３つの測定対象点１１０の位置を包括的に捉えるために、ロボット２側に原点を有する空間座標において、ワーク１００の位置・姿勢を記述することができる。
例えば、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の（Ｚ1）の値は、１番目の測定対象点１１０固有の座標系では０であるが、ロボット２側に原点を有する空間座標系では、奥行値または距離を表す。なお、以下、奥行位置というときには、一般的なカメラによる測距に対応して、図３（ｂ）に示すｘｙ平面および図３（ａ）に示すｚ軸の原点の位置を、カメラ７またはレーザ変位計８上に設け、かつ、ｚ軸の方向を図３（ａ）に示す方向とは逆転させた座標系を想定している。
例えば、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の（Ｚ1）の値は、１番目の測定対象点１１０固有の座標系では０であるが、ロボット２側に原点を有する空間座標系では、奥行値または距離を表す。なお、以下、奥行位置というときには、一般的なカメラによる測距に対応して、図３（ｂ）に示すｘｙ平面および図３（ａ）に示すｚ軸の原点の位置を、カメラ７またはレーザ変位計８上に設け、かつ、ｚ軸の方向を図３（ａ）に示す方向とは逆転させた座標系を想定している。
ここで、ロボット２側の原点は、例えばロボット治具５、カメラ７またはレーザ変位計８等に設定できる。また、ロボット制御装置３では、教示位置データ等を用いて、ロボット２側に原点を有する空間座標系による位置指定を行うことができる。また、ロボット制御装置３にてワールド座標系を使用してもよい。なお、ロボット２側に原点を有する空間座標系と、ワーク中に原点を有する空間座標系は、所定の座標変換によって、相互に変換可能である。これらの変換処理は、例えばロボット制御装置３で行うことができる。
［３．ロボットシステムの構成の詳細］
図１に戻って、ロボットシステム１の構成の詳細について説明する。
図１に戻って、ロボットシステム１の構成の詳細について説明する。
（ロボット２）
ロボット２は、一般的な産業用ロボットであり、例えば、多軸多関節型の汎用ロボットである。ロボット２の先端側のアームにはロボット治具５が取り付けられている。
ロボット２の構造が、下から、関節が旋回する基台と、関節が回動する下アームと、関節が回動する上アームと、３自由度の関節を有するハンドとを備える構造の場合、ハンドにロボット治具５が取り付けられる。ロボット２は、モータで各関節を動かすことによりロボット治具５を移動させることができる。一般的な産業用の汎用ロボットでは、その仕様により、繰り返し位置決め精度が±０．１ｍｍ〜±１ｍｍ程度のものが知られているので、それに準じた性能のものを用いることが好ましい。
ロボット２は、一般的な産業用ロボットであり、例えば、多軸多関節型の汎用ロボットである。ロボット２の先端側のアームにはロボット治具５が取り付けられている。
ロボット２の構造が、下から、関節が旋回する基台と、関節が回動する下アームと、関節が回動する上アームと、３自由度の関節を有するハンドとを備える構造の場合、ハンドにロボット治具５が取り付けられる。ロボット２は、モータで各関節を動かすことによりロボット治具５を移動させることができる。一般的な産業用の汎用ロボットでは、その仕様により、繰り返し位置決め精度が±０．１ｍｍ〜±１ｍｍ程度のものが知られているので、それに準じた性能のものを用いることが好ましい。
（ロボット制御装置３）
ロボット制御装置３は、ロボット２に接続されており、ワーク１００の位置座標を測定するための、ロボット２の測定位置への経路等の入力コマンドまたは予め記憶されたコマンドに基づいてロボット２の動作や姿勢を制御するものである。
本実施形態では、ロボット制御装置３は、教示データ入力装置４から、ロボット２の動作や姿勢を制御するための教示データを受け付けることができるように構成されている。
ロボット制御装置３は、ロボット２に接続されており、ワーク１００の位置座標を測定するための、ロボット２の測定位置への経路等の入力コマンドまたは予め記憶されたコマンドに基づいてロボット２の動作や姿勢を制御するものである。
本実施形態では、ロボット制御装置３は、教示データ入力装置４から、ロボット２の動作や姿勢を制御するための教示データを受け付けることができるように構成されている。
本実施形態では、ロボット制御装置３は、位置補正制御装置１０から、ワークスタンド２００に実際に載置されたワーク１００のカメラ画像上の位置の差分であるずれ量（例えば画素数）を受け付けると、実空間であるｘｙ平面上の位置ずれに換算するための座標変換処理を行う。これにより、ロボット制御装置３は、教示データ入力装置４から受け付けた教示データに対して、実際に載置されているワーク１００の位置ずれを反映して補正した教示データを生成し、装置内部のメモリに記憶する。この補正データは、例えば実際に載置されていて位置・姿勢の測定がなされたワーク１００を、図示しないワーク把持専用ロボットが把持する動作を行う際に利用される。なお、ワーク１００が載置される基準位置と、カメラ７による基準計測位置と、カメラ計測範囲等によって、カメラ画像中の所定領域の長さを示す画素数と実空間上の距離とは対応可能である。
（教示データ入力装置４）
教示データ入力装置４は、ロボット２のアーム先端に取り付けられたロボット治具５における所定の基準点が移動する際の目標とする移動先の位置（基準計測位置）等のデータをロボット制御装置３に入力する装置である。教示データ入力装置４は、例えばパーソナルコンピュータを用いてもよいし、例えば産業用ロボットの制御装置に教示データを入力するためのペンダントを用いることができる。
教示データ入力装置４は、ロボット２のアーム先端に取り付けられたロボット治具５における所定の基準点が移動する際の目標とする移動先の位置（基準計測位置）等のデータをロボット制御装置３に入力する装置である。教示データ入力装置４は、例えばパーソナルコンピュータを用いてもよいし、例えば産業用ロボットの制御装置に教示データを入力するためのペンダントを用いることができる。
（ロボット治具５）
ロボット治具５には、位置測定手段６としてのカメラ７およびレーザ変位計８が配置されている。本実施形態では、カメラ７およびレーザ変位計８を水平方向に並設して、同じ向きでワーク１００に対向するように、カメラ７およびレーザ変位計８がロボット治具５に固定されている。
ロボット治具５には、位置測定手段６としてのカメラ７およびレーザ変位計８が配置されている。本実施形態では、カメラ７およびレーザ変位計８を水平方向に並設して、同じ向きでワーク１００に対向するように、カメラ７およびレーザ変位計８がロボット治具５に固定されている。
なお、教示データ入力装置４から入力する基準計測位置は、ロボット治具５における所定の基準点のための位置なので、カメラ７用の基準計測位置として指定してもよいし、あるいはレーザ変位計８用の基準計測位置として指定してもよい。本実施形態では、それら２つとも指定することとした。なおまた、カメラ７に対してレーザ変位計８の位置が固定しているので、カメラ７用の基準計測位置だけを指定し、ロボット治具５の姿勢に応じて相対位置関係からレーザ変位計８用の基準計測位置を必要に応じて求めるように構成してもよい。
本実施形態では、ロボット治具５は、棒状の部材を組み合わせて構成されている。ロボット治具５は、位置測定手段６を固定できて、ロボット２のアーム先端に装着できる構造であれば、その構造は特に限定されない。ロボット治具５は、位置測定手段６を支持する強度を備えていれば、その材料は限定されず、例えば金属製でも合金製でも構わない。
（位置測定手段６）
位置測定手段６は、測定対象点１１０のｘｙｚの３次元位置のうち、２次元平面のｘ方向およびｙ方向の位置をカメラ７で計測し、このｘｙ平面に直交したｚ方向の位置をレーザ変位計８で計測するものである。
なお、カメラ７と、後記する画像処理手段１１とによって画像センサが構成される。この画像センサによって撮影されたカメラ画像（２次元ｘｙ平面の画像）に基づいて、ｘｙ２次元空間上の被写体の位置が計測されることになる。
位置測定手段６は、測定対象点１１０のｘｙｚの３次元位置のうち、２次元平面のｘ方向およびｙ方向の位置をカメラ７で計測し、このｘｙ平面に直交したｚ方向の位置をレーザ変位計８で計測するものである。
なお、カメラ７と、後記する画像処理手段１１とによって画像センサが構成される。この画像センサによって撮影されたカメラ画像（２次元ｘｙ平面の画像）に基づいて、ｘｙ２次元空間上の被写体の位置が計測されることになる。
（カメラ７）
カメラ７は、測定対象点１１０のｘ方向およびｙ方向の位置を計測するためのものである。このカメラ７は、ロボット治具５が教示された基準計測位置（画像センサ用の基準計測位置）に移動したときにワーク１００上の測定対象点１１０の中心をカメラ７の光軸が通るようなカメラ７の向きでロボット治具５に固定されている。ここで、画像センサ用の基準計測位置は、ワーク１００を接写するためにワーク１００の測定対象点１１０に接近した空間上に設定される。
カメラ７は、測定対象点１１０のｘ方向およびｙ方向の位置を計測するためのものである。このカメラ７は、ロボット治具５が教示された基準計測位置（画像センサ用の基準計測位置）に移動したときにワーク１００上の測定対象点１１０の中心をカメラ７の光軸が通るようなカメラ７の向きでロボット治具５に固定されている。ここで、画像センサ用の基準計測位置は、ワーク１００を接写するためにワーク１００の測定対象点１１０に接近した空間上に設定される。
ワーク１００を接写する際には、カメラ７をワーク１００から、１ｍ以内、好ましくは、十数ｃｍ〜５０ｃｍ程度離間して撮影する。カメラ７は、ワーク１００を接写することができるものであれば、特に限定されない。カメラレンズは、広角レンズや広角気味のレンズなどでもよく、カメラレンズ構成は特に限定されず、カメラ画像の周辺部に歪みが生じるような廉価なカメラレンズを用いたものであっても構わない。
また、カメラ撮影の際には、別体の照明装置でワーク１００を照らすことが好ましい。この照明装置は、ワーク１００の測定対象点１１０の辺りを撮影時に部分的に照らすことができればよく、カメラ撮影専用のライトである必要はなく、一般的な照明装置でも構わない。
（レーザ変位計８）
レーザ変位計８は、測定対象点１１０のｚ方向の位置（奥行位置）を計測するものである。このレーザ変位計８は、ロボット治具５が教示された基準計測位置（レーザ変位計用の基準計測位置）に移動したときに、ワーク１００上の測定対象点１１０である孔の周縁から所定距離離間した位置にレーザ光が照射できるような向きでロボット治具５に固定されている。
ここで、レーザ変位計用の基準計測位置は、ワーク１００の測定対象点１１０に接近した空間上に設定される。用いるレーザ変位計８の仕様にもよるが、精度よく奥行の距離を検出するためには、レーザ変位計８をワーク１００から十数ｃｍ〜５０ｃｍ程度離間してレーザ光を照射する。レーザ変位計８としては、レーザ光により対象物までの距離を測定できる一般的なものを用いることができる。
レーザ変位計８は、測定対象点１１０のｚ方向の位置（奥行位置）を計測するものである。このレーザ変位計８は、ロボット治具５が教示された基準計測位置（レーザ変位計用の基準計測位置）に移動したときに、ワーク１００上の測定対象点１１０である孔の周縁から所定距離離間した位置にレーザ光が照射できるような向きでロボット治具５に固定されている。
ここで、レーザ変位計用の基準計測位置は、ワーク１００の測定対象点１１０に接近した空間上に設定される。用いるレーザ変位計８の仕様にもよるが、精度よく奥行の距離を検出するためには、レーザ変位計８をワーク１００から十数ｃｍ〜５０ｃｍ程度離間してレーザ光を照射する。レーザ変位計８としては、レーザ光により対象物までの距離を測定できる一般的なものを用いることができる。
（位置補正制御装置１０）
位置補正制御装置１０は、ロボット２の移動のために予め設定された位置を示す教示データを補正する制御を行うものである。
位置補正制御装置１０は、図１に示すように、画像処理手段１１と、レーザ制御手段１２と、記憶手段１３と、出力手段１４と、演算処理手段１５と、を備えている。
位置補正制御装置１０は、ロボット２の移動のために予め設定された位置を示す教示データを補正する制御を行うものである。
位置補正制御装置１０は、図１に示すように、画像処理手段１１と、レーザ制御手段１２と、記憶手段１３と、出力手段１４と、演算処理手段１５と、を備えている。
＜画像処理手段１１＞
画像処理手段１１は、カメラ７で撮影されたカメラ画像（２次元ｘｙ平面の画像）を処理して、２次元画像上の被写体の位置を計測するものである。
カメラ画像から測定対象点１１０（孔）を検出する方法は、例えば、カメラ画像を輝度に応じて２値化し、この２値化画像における画像オブジェクトをラベリングし、サイズや形状に関する特徴量を抽出し、検出したい測定対象点１１０に合致するものを選別するといったフィルタリング処理等の、従来公知の画像処理方法で行うことができる。
画像処理手段１１は、カメラ７で撮影されたカメラ画像（２次元ｘｙ平面の画像）を処理して、２次元画像上の被写体の位置を計測するものである。
カメラ画像から測定対象点１１０（孔）を検出する方法は、例えば、カメラ画像を輝度に応じて２値化し、この２値化画像における画像オブジェクトをラベリングし、サイズや形状に関する特徴量を抽出し、検出したい測定対象点１１０に合致するものを選別するといったフィルタリング処理等の、従来公知の画像処理方法で行うことができる。
図５（ａ）は、ワーク１００においてビーム１０２（１０３）に設けられた測定対象点１１０を拡大して示す図であり、図５（ｂ）は、カメラ画像のカメラ計測範囲７０を矩形で模式的に示す図である。なお、カメラ計測範囲７０において、Ｏはカメラ７のレンズ中心を示す。
図５（ａ）に示すように、測定対象点１１０は、所定サイズの円形の孔であり、その近傍には特徴的な形状をもった点がない。
そのため、図５（ｂ）に示すように、ワーク１００を接写した得られたカメラ画像のカメラ計測範囲７０において、円形の仮想線で示すように測定対象点（孔）を容易に検出することができる。なお、測定対象点（孔）の中心の位置というとき、画像上の測定対象点１１０の円形領域の中心座標を示す。
図５（ｃ）は、測定対象点１１０（孔）の中心とカメラ７のレンズ中心Ｏとが一致している状態（ずれのない状態）を模式的に示す図である。
画像処理手段１１は、測定対象点１１０の位置と、カメラ７のレンズ中心Ｏの位置との差分を、２次元画像上のずれ量（カメラ画像上のずれ量）として検出する。
図５（ａ）に示すように、測定対象点１１０は、所定サイズの円形の孔であり、その近傍には特徴的な形状をもった点がない。
そのため、図５（ｂ）に示すように、ワーク１００を接写した得られたカメラ画像のカメラ計測範囲７０において、円形の仮想線で示すように測定対象点（孔）を容易に検出することができる。なお、測定対象点（孔）の中心の位置というとき、画像上の測定対象点１１０の円形領域の中心座標を示す。
図５（ｃ）は、測定対象点１１０（孔）の中心とカメラ７のレンズ中心Ｏとが一致している状態（ずれのない状態）を模式的に示す図である。
画像処理手段１１は、測定対象点１１０の位置と、カメラ７のレンズ中心Ｏの位置との差分を、２次元画像上のずれ量（カメラ画像上のずれ量）として検出する。
本実施形態では、画像処理手段１１は、１つの測定対象点１１０当たり、画像センサ用の基準計測位置で撮影されたカメラ画像上のずれ量と、後記する補正位置で撮影されたカメラ画像上のずれ量とを検出する。
そして、ずれ量の実空間上での距離の和を、ロボット治具５が教示された基準計測位置（画像センサ用の基準計測位置）に加算して補正した位置が、測定対象点１１０についての３次元空間上のｘ軸方向およびｙ軸方向の位置となり、図示しないワーク把持専用ロボットにとっての補正された教示位置データの一部となる。なお、測定対象点１１０についてのｚ軸方向の位置については後記する。
そして、ずれ量の実空間上での距離の和を、ロボット治具５が教示された基準計測位置（画像センサ用の基準計測位置）に加算して補正した位置が、測定対象点１１０についての３次元空間上のｘ軸方向およびｙ軸方向の位置となり、図示しないワーク把持専用ロボットにとっての補正された教示位置データの一部となる。なお、測定対象点１１０についてのｚ軸方向の位置については後記する。
ここで、測定対象点１１０についての３次元空間上のｘ軸方向およびｙ軸方向の教示位置データの補正の原理について、２つの具体例に分けてそれぞれ図６、図７を参照して説明する。
≪具体例１≫
まず、図６を参照する。図６（ａ）は、画像処理手段１１と共に画像センサを構成するカメラ７に、高価で歪みの小さいカメラレンズを用いて所定の被写体を接写して得られた画像（以下画像ａという）を模式的に示す図である。図６（ｂ）は、画像処理手段１１と共に画像センサを構成するカメラ７に、廉価で歪みの大きいカメラレンズを用いて所定の被写体を接写して得られた画像（以下画像ｂという）を模式的に示す図である。これらの例では、画像ａ，画像ｂは、室内のテーブルおよびその上の箱を同様な条件で撮影したものとする。
≪具体例１≫
まず、図６を参照する。図６（ａ）は、画像処理手段１１と共に画像センサを構成するカメラ７に、高価で歪みの小さいカメラレンズを用いて所定の被写体を接写して得られた画像（以下画像ａという）を模式的に示す図である。図６（ｂ）は、画像処理手段１１と共に画像センサを構成するカメラ７に、廉価で歪みの大きいカメラレンズを用いて所定の被写体を接写して得られた画像（以下画像ｂという）を模式的に示す図である。これらの例では、画像ａ，画像ｂは、室内のテーブルおよびその上の箱を同様な条件で撮影したものとする。
図６（ｂ）に示すように、画像ｂでは、レンズの中心から離れるにつれて歪みが大きくなっている。画像ａにおいて周辺部に写っている被写体（例えばテーブルの脚の先）を、測定対象点であると仮定すると、カメラ画像上の中心からのずれ量は、例えば（ｘ軸方向：＋４４０画素，ｙ軸方向：−６６０画素）のように表すことができる。
一方、画像ｂにおいて周辺部に写っている被写体（例えばテーブルの脚の先）を、同様に測定対象点であると仮定すると、カメラ画像上の中心からのずれ量は、例えば（ｘ軸方向：＋４００画素，ｙ軸方向：−５４０画素）のように表すことができる。
つまり、画像ａにおいて周辺部に写っている被写体（例えばテーブルの脚の先）の中心からのずれ量が例えば正解であるとすると、画像ｂにおいて周辺部に写っている被写体（例えばテーブルの脚の先）の中心からのずれ量は、正解よりも低く見積もっていたことになる。
したがって、この具体例１によれば、正解のずれ量を求めるためには、画像ａで見積もったずれ量（画素数）を実空間距離に換算した換算値の分だけ、３次元空間上のｘ軸方向およびｙ軸方向にカメラ７自体を移動し、その補正位置で再度撮影をすることが必要であることがわかる。加えて、その補正位置で再撮影により得られた画像では、１回目の撮影で正解よりも低く見積もっていたずれ量を反映した位置ずれが起きているはずである。そのため、補正位置において検出されるずれ量を実空間距離に換算した換算値を、１回目に検出したずれ量に対応する実空間上の距離（換算値）に加算することで、正解のずれ量に対応する実空間上の距離（換算値）が得られることになる。
≪具体例２≫
図７は、本発明に係るロボットシステムにおいてワーク１００の測定対象点１１０の位置を測定する手順を模式的に示す説明図である。図７（ａ）は、ワーク１００の１つの測定対象点１１０の位置を計測するために、画像センサ用の基準計測位置でカメラ撮影する様子を模式的に示す図である。この１回目の撮影では、カメラ画像において、カメラ７のレンズ中心Ｏと、測定対象点１１０の孔の中心とは大きく離れており、測定対象点１１０はカメラ計測範囲７１の端に近い周辺部に存在する。ここで、カメラ画像上のずれ量は、例えば（ｘ軸方向：−５００画素，ｙ軸方向：＋６００画素）のように表すことができる。
図７は、本発明に係るロボットシステムにおいてワーク１００の測定対象点１１０の位置を測定する手順を模式的に示す説明図である。図７（ａ）は、ワーク１００の１つの測定対象点１１０の位置を計測するために、画像センサ用の基準計測位置でカメラ撮影する様子を模式的に示す図である。この１回目の撮影では、カメラ画像において、カメラ７のレンズ中心Ｏと、測定対象点１１０の孔の中心とは大きく離れており、測定対象点１１０はカメラ計測範囲７１の端に近い周辺部に存在する。ここで、カメラ画像上のずれ量は、例えば（ｘ軸方向：−５００画素，ｙ軸方向：＋６００画素）のように表すことができる。
図７（ａ）に示すカメラ画像上における、カメラ７のレンズ中心Ｏと、測定対象点１１０の孔の中心との差分を実空間距離に換算すると、例えば、ｘ軸方向の差分（距離Δｘ11）が例えば−１０ｍｍ、ｙ軸方向の差分（距離Δｙ11）が例えば＋１２ｍｍのように換算値が求められる。この場合に、実空間上のｘｙ平面に投影したカメラ７のレンズ中心の位置Ｃａと、測定対象点１１０の孔の中心の位置Ｈａとを図７（ｂ）に示す。
図７（ｂ）に示すように、位置Ｃａを基準とすると、位置Ｈａは、ｘ軸の負の方向に距離Δｘ11だけ離間し、ｙ軸の正の方向に距離Δｙ11だけ離間した位置である。
ここで、画像センサ用の基準計測位置に移動したときのカメラ７のレンズ中心のｘｙ座標は、例えば図４（ａ）に示すワーク１００の基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）における（Ｘ1，Ｙ1）になるように設定されている。したがって、図５（ｃ）に示したように位置ずれが無い場合には、距離Δｘ11や距離Δｙ11は０になる。
ここで、画像センサ用の基準計測位置に移動したときのカメラ７のレンズ中心のｘｙ座標は、例えば図４（ａ）に示すワーク１００の基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）における（Ｘ1，Ｙ1）になるように設定されている。したがって、図５（ｃ）に示したように位置ずれが無い場合には、距離Δｘ11や距離Δｙ11は０になる。
一方、図７（ｂ）に示す例のように位置ずれがある場合、ロボット治具５に設けられたカメラ７を、画像センサ用の基準計測位置から、ｘ軸の負の方向に距離Δｘ11だけ移動させ、かつ、ｙ軸の正の方向に距離Δｙ11だけ移動させることで計測位置を補正する。
図７（ｃ）および図７（ｄ）は、カメラ７を移動した後で行う２回目の撮影についての図面であって図７（ａ）および図７（ｂ）に対応しているので、説明を適宜省略する。
図７（ｃ）に示すように、補正された計測位置にて行う２回目の撮影では、カメラ画像において、カメラ７のレンズ中心Ｏと、測定対象点１１０の中心とは１回目の撮影よりも近づいているが依然離れており、測定対象点１１０はカメラ計測範囲７２のレンズ中心Ｏに近い部分に存在する。ここで、カメラ画像上のずれ量は、例えば（ｘ軸方向：−１５０画素，ｙ軸方向：＋２００画素）のように表すことができる。
図７（ｃ）に示すように、補正された計測位置にて行う２回目の撮影では、カメラ画像において、カメラ７のレンズ中心Ｏと、測定対象点１１０の中心とは１回目の撮影よりも近づいているが依然離れており、測定対象点１１０はカメラ計測範囲７２のレンズ中心Ｏに近い部分に存在する。ここで、カメラ画像上のずれ量は、例えば（ｘ軸方向：−１５０画素，ｙ軸方向：＋２００画素）のように表すことができる。
図７（ｃ）に示すカメラ画像上における、カメラ７のレンズ中心Ｏと、測定対象点１１０の孔の中心との差分を実空間距離に換算すると、例えば、ｘ軸方向の差分（距離Δｘ12）が例えば−３ｍｍ、ｙ軸方向の差分（距離Δｙ12）が例えば＋４ｍｍのように換算値が求められる。この場合に、実空間上のｘｙ平面に投影したカメラ７のレンズ中心の位置Ｃｂと、測定対象点１１０の孔の中心の位置Ｈｂとを図７（ｄ）に示す。
図７（ｄ）に示すように、位置Ｃｂを基準とすると、位置Ｈｂは、いまだｘ軸の負の方向に距離Δｘ12だけ離間し、ｙ軸の正の方向に距離Δｙ12だけ離間している。
図７（ｄ）には、１回目の撮影時のカメラ７のレンズ中心の位置Ｃａを併せて表示した。図示するように、レンズ中心の位置Ｃｂは、１回目の撮影時のレンズ中心の位置Ｃａとは異なる。一方、孔の中心の位置Ｈｂは、１回目の撮影時の孔の中心の位置Ｈａと同じである（動いていない）。つまり、図７（ｄ）における位置Ｃａ−位置Ｃｂ間の距離と、図７（ｂ）における位置Ｃａ−位置Ｈａ間の距離とは、同一である。ただし、図７（ｄ）における位置Ｃａ−位置Ｃｂ間の距離と、図７（ｂ）における位置Ｃａ−位置Ｈａ間の距離とは、異なるように作図されている。これは、図７（ａ）に示すカメラ画像は周辺部に歪みがあるためである。なお、図７（ａ）に示すカメラ画像が正しい位置を反映しているものとすると、図７（ｂ）に示す空間上の換算値は正しいことになる。同様に、図７（ｃ）に示すカメラ画像が正しい位置を反映しているものとすると、図７（ｄ）に示す空間上の換算値は正しいことになる。
図７（ｄ）には、１回目の撮影時のカメラ７のレンズ中心の位置Ｃａを併せて表示した。図示するように、レンズ中心の位置Ｃｂは、１回目の撮影時のレンズ中心の位置Ｃａとは異なる。一方、孔の中心の位置Ｈｂは、１回目の撮影時の孔の中心の位置Ｈａと同じである（動いていない）。つまり、図７（ｄ）における位置Ｃａ−位置Ｃｂ間の距離と、図７（ｂ）における位置Ｃａ−位置Ｈａ間の距離とは、同一である。ただし、図７（ｄ）における位置Ｃａ−位置Ｃｂ間の距離と、図７（ｂ）における位置Ｃａ−位置Ｈａ間の距離とは、異なるように作図されている。これは、図７（ａ）に示すカメラ画像は周辺部に歪みがあるためである。なお、図７（ａ）に示すカメラ画像が正しい位置を反映しているものとすると、図７（ｂ）に示す空間上の換算値は正しいことになる。同様に、図７（ｃ）に示すカメラ画像が正しい位置を反映しているものとすると、図７（ｄ）に示す空間上の換算値は正しいことになる。
よって、図７（ｂ）および図７（ｄ）から、測定対象点１１０の位置Ｈｂ（＝位置Ｈａ）と、１回目の撮影時のカメラ７のレンズ中心の位置Ｃａとの実空間におけるｘ軸方向の位置ずれは次の式（１）のΔｘ1であり、ｙ軸方向の位置ずれは次の式（２）のΔｙ1で表されることが分かる。
Δｘ1＝Δｘ11＋Δｘ12 … 式（１）
Δｙ1＝Δｙ11＋Δｙ12 … 式（２）
Δｘ1＝Δｘ11＋Δｘ12 … 式（１）
Δｙ1＝Δｙ11＋Δｙ12 … 式（２）
前記した実空間における距離の数値例では、正解の位置ずれを次の式（３）および式（４）のように表すことができる。
（−１０ｍｍ）＋（−３ｍｍ）＝−１３ｍｍ … 式（３）
（＋１２ｍｍ）＋（＋４ｍｍ）＝＋１６ｍｍ … 式（４）
つまり、カメラ画像から１回の検出で（−１３ｍｍ，＋１６ｍｍ）と判定すべきところを、１回目の測定だけでは位置ずれを（−１０ｍｍ，＋１２ｍｍ）と判定していたことになる。これは、１回目の撮影時に測定対象点１１０がカメラ画像の周辺部に写っていたために、カメラ画像上のずれ量を正解よりも低く見積もっていたことに対応する。
本実施形態では、カメラ画像上のずれ量（例えば画素数）を、実空間であるｘｙ平面上の位置ずれに変換するための座標変換処理は、ロボット制御装置３側にて行うこととした。なお、位置補正制御装置１０の演算処理手段１５が代わりに行うように構成することもできる。
（−１０ｍｍ）＋（−３ｍｍ）＝−１３ｍｍ … 式（３）
（＋１２ｍｍ）＋（＋４ｍｍ）＝＋１６ｍｍ … 式（４）
つまり、カメラ画像から１回の検出で（−１３ｍｍ，＋１６ｍｍ）と判定すべきところを、１回目の測定だけでは位置ずれを（−１０ｍｍ，＋１２ｍｍ）と判定していたことになる。これは、１回目の撮影時に測定対象点１１０がカメラ画像の周辺部に写っていたために、カメラ画像上のずれ量を正解よりも低く見積もっていたことに対応する。
本実施形態では、カメラ画像上のずれ量（例えば画素数）を、実空間であるｘｙ平面上の位置ずれに変換するための座標変換処理は、ロボット制御装置３側にて行うこととした。なお、位置補正制御装置１０の演算処理手段１５が代わりに行うように構成することもできる。
図１に示す位置補正制御装置１０の画像処理手段１１以外の各手段について説明を続ける。
＜レーザ制御手段１２＞
レーザ制御手段１２は、レーザ変位計８の動作を制御するものである。レーザ制御手段１２は、レーザ変位計８から所定のタイミングでレーザ光を照射するように制御したり、レーザ変位計８の検出信号を増幅して出力手段１４に出力したりする。レーザ制御手段１２に対してレーザ光を照射するタイミング等の設定は、演算処理手段１５から行うようにすることができる。この場合、事前にオペレータが図示しないマウスやキーボード等の入力装置からコマンド等を入力することで演算処理手段１５を介して設定データがレーザ制御手段１２に入力され、レーザ照射タイミング等が事前設定される。なお、レーザ変位計８とレーザ制御手段１２とは、公知のセンサヘッドとアンプユニットをケーブルで接続したセットとして構成することができる。
レーザ制御手段１２は、レーザ変位計８の動作を制御するものである。レーザ制御手段１２は、レーザ変位計８から所定のタイミングでレーザ光を照射するように制御したり、レーザ変位計８の検出信号を増幅して出力手段１４に出力したりする。レーザ制御手段１２に対してレーザ光を照射するタイミング等の設定は、演算処理手段１５から行うようにすることができる。この場合、事前にオペレータが図示しないマウスやキーボード等の入力装置からコマンド等を入力することで演算処理手段１５を介して設定データがレーザ制御手段１２に入力され、レーザ照射タイミング等が事前設定される。なお、レーザ変位計８とレーザ制御手段１２とは、公知のセンサヘッドとアンプユニットをケーブルで接続したセットとして構成することができる。
レーザ制御手段１２は、レーザ変位計用の基準計測位置を、画像処理手段１１にて１回目に検出したずれ量に対応する実空間上の距離だけ移動させたレーザ計測位置にて、レーザ光を照射するように制御する。このときにレーザ変位計８にて検出された検出信号が、レーザ変位計８から測定対象点１１０までの距離を示す。この距離が測定対象点１１０についてのｚ軸方向の位置に対応する。
＜記憶手段１３＞
記憶手段１３は、位置補正制御装置１０の処理に用いる各種データや動作プログラム等を記憶するものである。記憶手段１３は、例えば、一般的なハードディスクやメモリ等から構成される。記憶手段１３は、位置補正制御装置１０のユニットの内部に配設してもよいし、外部記憶装置としてもよい。記憶手段１３として複数の記憶装置を分散配置してもよい。
記憶手段１３は、位置補正制御装置１０の処理に用いる各種データや動作プログラム等を記憶するものである。記憶手段１３は、例えば、一般的なハードディスクやメモリ等から構成される。記憶手段１３は、位置補正制御装置１０のユニットの内部に配設してもよいし、外部記憶装置としてもよい。記憶手段１３として複数の記憶装置を分散配置してもよい。
＜出力手段１４＞
出力手段１４は、画像処理手段１１の処理結果であるずれ量や、レーザ変位計８の検出信号をロボット制御装置３に出力するための所定の出力インタフェースである。
出力手段１４は、演算処理手段１５の制御の下、所定のタイミングで、ずれ量やレーザ変位計８の検出信号をロボット制御装置３に出力する。
出力手段１４は、画像処理手段１１の処理結果であるずれ量や、レーザ変位計８の検出信号をロボット制御装置３に出力するための所定の出力インタフェースである。
出力手段１４は、演算処理手段１５の制御の下、所定のタイミングで、ずれ量やレーザ変位計８の検出信号をロボット制御装置３に出力する。
＜演算処理手段１５＞
演算処理手段１５は、位置補正制御装置１０の各部の制御を司り、例えば、ＣＰＵやメモリ等を備えている。演算処理手段１５は、例えばパーソナルコンピュータ等で構成することもできる。演算処理手段１５は、ワーク１００に設けられた少なくとも３つの測定対象点１１０について、後記する予め定められたアルゴリズムにより位置測定処理を順次行う。
演算処理手段１５は、位置補正制御装置１０の各部の制御を司り、例えば、ＣＰＵやメモリ等を備えている。演算処理手段１５は、例えばパーソナルコンピュータ等で構成することもできる。演算処理手段１５は、ワーク１００に設けられた少なくとも３つの測定対象点１１０について、後記する予め定められたアルゴリズムにより位置測定処理を順次行う。
［４．ロボットシステムにおける処理の流れ］
ロボットシステム１における処理の流れについて図８を参照（適宜、図１参照）して説明する。図８は、本発明に係るワークとの相関位置決め方法の手順を模式的に示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１にて、位置補正制御装置１０の演算処理手段１５は、ｉ番目の測定対象点１１０（以下、測定対象点ｉと表記する）の識別子を初期化する（ｉ＝１とする）。そして、ワーク１００に設定された測定対象点毎に以下のステップＳ２〜Ｓ１０を順次行う。
ロボットシステム１における処理の流れについて図８を参照（適宜、図１参照）して説明する。図８は、本発明に係るワークとの相関位置決め方法の手順を模式的に示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１にて、位置補正制御装置１０の演算処理手段１５は、ｉ番目の測定対象点１１０（以下、測定対象点ｉと表記する）の識別子を初期化する（ｉ＝１とする）。そして、ワーク１００に設定された測定対象点毎に以下のステップＳ２〜Ｓ１０を順次行う。
＜第１測定工程＞
ステップＳ２にて、ロボット制御装置３は、位置測定手段６を搭載したロボット治具５をティーチングに基づき、測定対象点ｉに接近させた画像センサ用の基準計測位置（１回目の計測位置）へ移動し、そこに一旦固定する。
ステップＳ３にて、画像センサ用の基準計測位置に固定した状態で、画像センサによって測定対象点ｉの位置を計測し、カメラ７のレンズ中心Ｏからの１回目のずれ量を検出する。
ステップＳ４にて、位置補正制御装置１０は、画像センサの検出信号（１回目のずれ量ｘi1，ｙi1）をロボット制御装置３へ出力する。なお、画像センサの検出信号はカメラ画像上の距離に対応している。
ステップＳ２にて、ロボット制御装置３は、位置測定手段６を搭載したロボット治具５をティーチングに基づき、測定対象点ｉに接近させた画像センサ用の基準計測位置（１回目の計測位置）へ移動し、そこに一旦固定する。
ステップＳ３にて、画像センサ用の基準計測位置に固定した状態で、画像センサによって測定対象点ｉの位置を計測し、カメラ７のレンズ中心Ｏからの１回目のずれ量を検出する。
ステップＳ４にて、位置補正制御装置１０は、画像センサの検出信号（１回目のずれ量ｘi1，ｙi1）をロボット制御装置３へ出力する。なお、画像センサの検出信号はカメラ画像上の距離に対応している。
＜計測位置補正工程＞
ステップＳ５にて、ロボット制御装置３は、カメラ画像上の距離を実空間上の距離に変換する処理を行い、その値を記憶すると共に、その値に応じて、画像センサ用の基準計測位置を１回目の位置ずれの分だけ補正し、補正後の２回目の計測位置へロボット治具５を移動する。つまり、ロボット治具５を移動させることでカメラ７を基準計測位置からカメラ補正計測位置へ移動させる。
ステップＳ５にて、ロボット制御装置３は、カメラ画像上の距離を実空間上の距離に変換する処理を行い、その値を記憶すると共に、その値に応じて、画像センサ用の基準計測位置を１回目の位置ずれの分だけ補正し、補正後の２回目の計測位置へロボット治具５を移動する。つまり、ロボット治具５を移動させることでカメラ７を基準計測位置からカメラ補正計測位置へ移動させる。
＜第２測定工程＞
ステップＳ６にて、カメラ補正計測位置（２回目の計測位置）に固定した状態で、画像センサによって、測定対象点ｉの位置を再度計測し、カメラ画像から、カメラ７のレンズ中心Ｏを基準とした測定対象点ｉの２回目のずれ量を検出する。
ステップＳ７にて、位置補正制御装置１０は、画像センサの検出信号（２回目のずれ量ｘi2，ｙi2）をロボット制御装置３へ出力する。なお、画像センサの検出信号はカメラ画像上の距離に対応している。ロボット制御装置３は、２回目のずれ量についても、カメラ画像上の距離を実空間上の距離に変換する処理を行い、その値を記憶しておく。
ステップＳ６にて、カメラ補正計測位置（２回目の計測位置）に固定した状態で、画像センサによって、測定対象点ｉの位置を再度計測し、カメラ画像から、カメラ７のレンズ中心Ｏを基準とした測定対象点ｉの２回目のずれ量を検出する。
ステップＳ７にて、位置補正制御装置１０は、画像センサの検出信号（２回目のずれ量ｘi2，ｙi2）をロボット制御装置３へ出力する。なお、画像センサの検出信号はカメラ画像上の距離に対応している。ロボット制御装置３は、２回目のずれ量についても、カメラ画像上の距離を実空間上の距離に変換する処理を行い、その値を記憶しておく。
＜奥行位置ずれ検出工程＞
ステップＳ８にて、ロボット制御装置３は、前記ステップＳ５にて変換処理で算出した実空間上の距離を読み出し、ロボット治具５を移動させることで、レーザ変位計８用の基準計測位置を１回目の位置ずれの分だけ補正したレーザ計測位置へレーザ変位計８を移動する。
ステップＳ９にて、補正したレーザ計測位置に固定した状態で、レーザ変位計８によって、測定対象点ｉの奥行位置を計測し、測定対象点ｉの基準奥行位置からの位置ずれを検出する。ここで、測定対象点ｉの基準奥行位置とは、例えば図４（ａ）に示すワーク１００の基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）における（Ｚ1）を表す。
ステップＳ１０にて、位置補正制御装置１０は、レーザ変位計８の検出信号（奥行位置ずれｚi）をロボット制御装置３へ出力する。
ステップＳ８にて、ロボット制御装置３は、前記ステップＳ５にて変換処理で算出した実空間上の距離を読み出し、ロボット治具５を移動させることで、レーザ変位計８用の基準計測位置を１回目の位置ずれの分だけ補正したレーザ計測位置へレーザ変位計８を移動する。
ステップＳ９にて、補正したレーザ計測位置に固定した状態で、レーザ変位計８によって、測定対象点ｉの奥行位置を計測し、測定対象点ｉの基準奥行位置からの位置ずれを検出する。ここで、測定対象点ｉの基準奥行位置とは、例えば図４（ａ）に示すワーク１００の基準位置Ｐ１（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）における（Ｚ1）を表す。
ステップＳ１０にて、位置補正制御装置１０は、レーザ変位計８の検出信号（奥行位置ずれｚi）をロボット制御装置３へ出力する。
＜ロボット制御装置のデータ管理＞
ロボット制御装置３は、例えば１番目（ｉ＝１）の測定対象点について、ステップＳ４にて取得して変換処理した第１位置ずれと、ステップＳ７にて取得して変換処理した第２位置ずれとを加算した結果を記憶する。つまり、ロボット制御装置３は、前記した式（１）および式（２）の演算を行うことで（Δｘ1，Δｙ1）を求める。加えて、ロボット制御装置３は、ステップＳ１０にて取得したレーザ変位計８の検出信号ｚiを記憶する。そして、このΔｚ1を（Δｘ1，Δｙ1）と対応付けて測定対象点ｉの３次元空間の位置ずれ（Δｘ1，Δｙ1，Δｚ1）として記憶する。
ロボット制御装置３は、例えば１番目（ｉ＝１）の測定対象点について、ステップＳ４にて取得して変換処理した第１位置ずれと、ステップＳ７にて取得して変換処理した第２位置ずれとを加算した結果を記憶する。つまり、ロボット制御装置３は、前記した式（１）および式（２）の演算を行うことで（Δｘ1，Δｙ1）を求める。加えて、ロボット制御装置３は、ステップＳ１０にて取得したレーザ変位計８の検出信号ｚiを記憶する。そして、このΔｚ1を（Δｘ1，Δｙ1）と対応付けて測定対象点ｉの３次元空間の位置ずれ（Δｘ1，Δｙ1，Δｚ1）として記憶する。
ステップＳ１１にて、位置補正制御装置１０の演算処理手段１５は、測定対象点ｉをすべて選択したか否かを判別する。未処理の測定対象点ｉがある場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１２にて、演算処理手段１５は、ｉの現在値に１を加算し、ステップＳ１１に戻って処理を続行する。一方、測定対象点ｉをすべて選択した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、処理の終了をロボット制御装置３へ通知する。
≪位置データ補正工程≫
ステップＳ１３にて、ロボット制御装置３は、ワーク１００に設定されたすべての測定対象点１１０について得られた、第１位置ずれの分と、第２位置ずれの分と、奥行位置の位置ずれの分だけ、当該ワーク１００に対する教示位置データを補正する。
ステップＳ１３にて、ロボット制御装置３は、ワーク１００に設定されたすべての測定対象点１１０について得られた、第１位置ずれの分と、第２位置ずれの分と、奥行位置の位置ずれの分だけ、当該ワーク１００に対する教示位置データを補正する。
例えば、ロボット２側に原点を有する空間座標において、ワーク１００の位置・姿勢を記述し、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ１についての教示位置データが（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）で表され、かつ、図４（ｂ）に示す載置状態のワーク１００にて検出された３次元空間の位置ずれが（Δｘ1，Δｙ1，Δｚ1）である場合、１番目の測定対象点１１０の中心位置Ｐ’１を教示するための補正後の教示位置データは、（Ｘ1＋Δｘ1，Ｙ1＋Δｙ1，Ｚ1＋Δｚ1）となる。
同様に、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ２についての教示位置データが（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）で表され、かつ、検出された３次元空間の位置ずれが（Δｘ2，Δｙ2，Δｚ2）である場合、２番目の測定対象点１１０の中心位置Ｐ’２を教示するための補正後の教示位置データは、（Ｘ2＋Δｘ2，Ｙ2＋Δｙ2，Ｚ2＋Δｚ2）となる。
同様に、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ３についての教示位置データが（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）で表され、かつ、検出された３次元空間の位置ずれが（Δｘ3，Δｙ3，Δｚ3）である場合、３番目の測定対象点１１０の中心位置Ｐ’３を教示するための補正後の教示位置データは、（Ｘ3＋Δｘ3，Ｙ3＋Δｙ3，Ｚ3＋Δｚ3）となる。
同様に、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ２についての教示位置データが（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）で表され、かつ、検出された３次元空間の位置ずれが（Δｘ2，Δｙ2，Δｚ2）である場合、２番目の測定対象点１１０の中心位置Ｐ’２を教示するための補正後の教示位置データは、（Ｘ2＋Δｘ2，Ｙ2＋Δｙ2，Ｚ2＋Δｚ2）となる。
同様に、図４（ａ）に示す基準位置Ｐ３についての教示位置データが（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）で表され、かつ、検出された３次元空間の位置ずれが（Δｘ3，Δｙ3，Δｚ3）である場合、３番目の測定対象点１１０の中心位置Ｐ’３を教示するための補正後の教示位置データは、（Ｘ3＋Δｘ3，Ｙ3＋Δｙ3，Ｚ3＋Δｚ3）となる。
［５．ワーク１００の位置のバラツキの例］
例えばワーク１００の測定対象点１１０である孔の直径が数ｃｍ程度であるときに、ワークスタンド２００上に載置されたワーク１００の孔の位置のバラツキが、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれに対して最大で数ｃｍ程度ある場合を想定する。
この場合、図示しないワーク把持専用ロボットが、ワークスタンド２００上に載置されたワーク１００を確実に把持するためには、通常では、教示される基準位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（図４（ａ）参照）から数ｍｍ以下の高精度に位置決めされたバラツキのない位置にワーク１００を置く必要があると考えられる。
例えばワーク１００の測定対象点１１０である孔の直径が数ｃｍ程度であるときに、ワークスタンド２００上に載置されたワーク１００の孔の位置のバラツキが、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれに対して最大で数ｃｍ程度ある場合を想定する。
この場合、図示しないワーク把持専用ロボットが、ワークスタンド２００上に載置されたワーク１００を確実に把持するためには、通常では、教示される基準位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（図４（ａ）参照）から数ｍｍ以下の高精度に位置決めされたバラツキのない位置にワーク１００を置く必要があると考えられる。
これに対して、本発明の実施形態に係るワークとの相関位置決め方法によれば、ワークスタンド２００上でワーク１００の位置がバラツキを持っている場合、実際に載置されているワーク１００の位置・姿勢を位置測定手段６（カメラ７およびレーザ変位計８）にて検出し、その位置ずれ情報をロボット制御装置３に受渡し、教示位置データを補正することができる。
そのため、基準位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を、補正された基準位置Ｐ’１，Ｐ’２，Ｐ’３（図４（ｂ）参照）に置き換えた上で、図示しないワーク把持専用ロボットにワーク位置を教示することができる。したがって、中継地点のワークスタンド２００を経由して目的地までワーク１００を搬送することを前提とする場合、中継地点から目的地までの搬送を図示しないワーク把持専用ロボットで行うように設備を改良する際に、中継地点のワークスタンド２００上に、ワーク１００を載置する工程にて、基準位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から数ｍｍ以下というような厳格な位置決め要求を満たさずとも現状のまま搬送作業を行うことが可能である。
以上説明したように、本発明の実施形態に係るワークとの相関位置決め方法は、廉価なカメラを用いたとしてもワークの位置を高精度に検出できる。また、ワークとの相関位置決めを行うために新たに導入する構成に必要なコストを低減できる。また、可能ならば使用したい性能のカメラが手に入りにくいために手近にある既存のカメラを流用したい場合には、カメラを新たに購入する必要はなく、既存のカメラを流用して本発明の手法により、ワークの位置を高精度に検出できる。よって、高価なカメラを用いても同様のアルゴリズムによってワークの位置を高精度に検出できる。
以上、本発明のワークとの相関位置決め方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、画像センサの２回の検出信号について水平方向および垂直方向それぞれを加算する処理をロボット制御装置３にて行うこととして説明したが、位置補正制御装置１０の演算処理手段１５にて行うこととしてもよい。この場合、演算処理手段１５は、画像上の距離を実空間上の距離に変換する処理を行ってから加算する。
また、位置補正制御装置１０において、画像処理手段１１、レーザ制御手段１２、記憶手段１３、出力手段１４および演算処理手段１５を１つのユニットに組み込む構成として説明したが、それらを別ユニットにして構成してもよい。あるいは、位置補正制御装置１０をロボット制御装置３とは別に設けたが、これに限定されず、ロボット制御装置３の中に組み込んでもよい。
また、前記実施形態では、位置決めの対象とするワークとして、図２および図３に示すワーク１００について説明したが、ワークの材質、形状、サイズ等はこれに限定されるものではない。
測定対象点の個数を３個としたが、４個以上でもよい。
測定対象点をワークの端にある孔の位置に設定するものとしたが、ワーク上の任意の位置に設定してもよい。
図２には、ワークスタンドとして、１つのワーク１００に対応したワークスタンド２００を図示したが、ワークスタンドは、一度に複数のワークを整列した状態で載置できるように構成することもできる。
これらの変形例であっても同様な効果を奏することができる。
測定対象点の個数を３個としたが、４個以上でもよい。
測定対象点をワークの端にある孔の位置に設定するものとしたが、ワーク上の任意の位置に設定してもよい。
図２には、ワークスタンドとして、１つのワーク１００に対応したワークスタンド２００を図示したが、ワークスタンドは、一度に複数のワークを整列した状態で載置できるように構成することもできる。
これらの変形例であっても同様な効果を奏することができる。
前記実施形態では、カメラ７を用いて検出したずれ量の実空間への換算値を示す第１位置ずれの分だけカメラ７を移動させた後に再撮影したカメラ画像から２回目のずれ量を検出するものとしたが、この２回目のずれ量の実空間への換算値を示す第２位置ずれの分だけカメラ７をさらに移動させた後にもう一度撮影したカメラ画像から３回目のずれ量を検出するようにしてもよいし、同様にずれ量を４回以上検出してもよい。この場合、検出されたずれ量が、予め定められた閾値よりも小さくなるまで検出を繰り返すように構成することができる。
前記実施形態では、レーザ変位計８の基準測定位置から、第１位置ずれの分だけ移動させた測定位置にて奥行位置ずれを検出するものとしたが、さらに、第１位置ずれと第２位置ずれとを加算した分だけレーザ変位計８を移動させた測定位置にて奥行位置ずれを検出するようにしてもよい。
１ ロボットシステム
２ ロボット
３ ロボット制御装置
４ 教示データ入力装置
５ ロボット治具
６ 位置測定手段
７ カメラ
８ レーザ変位計
１０ 位置補正制御装置
１１ 画像処理手段
１２ レーザ制御手段
１３ 記憶手段
１４ 出力手段
１５ 演算処理手段
２ ロボット
３ ロボット制御装置
４ 教示データ入力装置
５ ロボット治具
６ 位置測定手段
７ カメラ
８ レーザ変位計
１０ 位置補正制御装置
１１ 画像処理手段
１２ レーザ制御手段
１３ 記憶手段
１４ 出力手段
１５ 演算処理手段
Claims (2)
- ワークに予め設定しておく少なくとも３点の測定対象点から前記ワークの位置及び姿勢を検出して、前記ワークとその把持手段との相関位置を決定する、ワークとの相関位置決め方法であって、
前記ワークに設定された測定対象点毎に、
カメラとレーザ変位計とを備える位置測定手段を搭載したロボット用治具を、前記測定対象点の基準位置を教示する教示位置データに基づいて移動させることで、前記カメラをカメラ基準計測位置へ固定し、前記カメラで撮影したカメラ画像から前記測定対象点の位置を測定する第１測定工程と、
前記第１測定工程で測定した測定対象点の位置と、前記カメラのレンズ中心の位置との差分を実空間距離に換算した換算値である第１位置ずれの分だけ前記ロボット治具を移動させたカメラ補正計測位置へ前記カメラを固定する計測位置補正工程と、
前記カメラ補正計測位置にて前記カメラで撮影したカメラ画像から前記測定対象点の位置を再度測定する第２測定工程と、
前記ロボット治具を移動させることで、レーザ基準計測位置を前記第１位置ずれの分だけ補正したレーザ補正計測位置へ前記レーザ変位計を固定し、前記レーザ変位計で前記測定対象点の奥行位置を計測し、前記測定対象点の基準奥行位置からの位置ずれを検出する奥行位置ずれ検出工程と、を含み、
前記ワークに設定されたすべての前記測定対象点について得られた、前記第１位置ずれと、前記第２測定工程で測定した測定対象点の位置と前記カメラのレンズ中心の位置との差分を実空間距離に換算した換算値である第２位置ずれと、前記奥行位置の位置ずれとから、前記ワークの位置及び姿勢を検出し、当該ワークの前記測定対象点の基準位置からのずれ量の分だけ、当該ワークに対する前記教示位置データを補正する位置データ補正工程を含む
ことを特徴とするワークとの相関位置決め方法。 - 前記ワークには、前記把持手段が把持する際に使用する少なくとも３つの貫通孔が穿設されており、前記ワークに穿設された貫通孔に対して前記測定対象点が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のワークとの相関位置決め方法。
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