JP5561109B2 - Apparatus and method for measuring three-dimensional dimensions - Google Patents
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Description
本発明は、非接触で計測対象物の3次元寸法を高精度かつ高速で計測する3次元寸法を計測する装置及び3次元寸法を計測する方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for measuring a three-dimensional dimension that measures a three-dimensional dimension of a measurement object in a non-contact manner with high accuracy and at high speed, and a method for measuring the three-dimensional dimension.
近年では、カメラを例えば手に持って、自由な位置から撮影した画像から、対象物の三次元形状を復元する手法が研究されている。この場合、各撮影時点でのカメラの位置及び姿勢を求める必要があるが、そのための手法の1つにカメラ校正(カメラキャリブレーションとも呼ばれる)がある。 In recent years, a method for restoring the three-dimensional shape of an object from an image taken from a free position by holding the camera in a hand, for example, has been studied. In this case, it is necessary to obtain the position and orientation of the camera at each photographing time. One of the techniques for this is camera calibration (also called camera calibration).
カメラ校正にはいくつかの手法がある。その1つの特許文献1には、光切断法により三次元形状を計測する測定ヘッドの上面に、LED(発光ダイオード)からなるマーカーを複数設け、対象物に対して自由に配置した測定ヘッドを上方から3次元計測カメラで撮影することで、測定ヘッドの座標系(世界座標系とも言う)での位置及び姿勢を求める方式が示されている。
There are several methods for camera calibration. In
この方式では、測定ヘッドで計測した測定ヘッド中心座標系での対象物の各点の座標を、3次元計測カメラで求めた測定ヘッドの位置及び姿勢の情報を用いて変換することで、世界座標系での対象物の形状を求めている。 In this method, the coordinates of each point of the object in the measurement head central coordinate system measured by the measurement head are converted using the information on the position and orientation of the measurement head obtained by the three-dimensional measurement camera, and the world coordinates The shape of the object in the system is being sought.
この特許文献1の方式は、測定ヘッドの位置及び姿勢を求めるためのマーカーとして自ら発光するLEDを用いているので、照明の違いがマーカー識別に与える影響はかなり低減できる。
Since the method of
しかし、この方式では、複数のマーカーに同じLEDを用い、個々のマーカーの識別は、1つ1つのマーカーの特徴から行うのではなく、それらマーカーのヘッド上面での配置パターンに基づき判定している。 However, in this method, the same LED is used for a plurality of markers, and individual markers are not identified based on the characteristics of each marker, but are determined based on the arrangement pattern of the markers on the top surface of the head. .
このため、ヘッド上面のマーカーのどれかが対象物の影になるなどして、3次元計測カメラで撮影できなくなると、撮影画像中のマーカーが複数のマーカーのうちのどれに当たるのか、自動判定することが事実上不可能になる場合がある。 For this reason, if any of the markers on the upper surface of the head becomes a shadow of the target and cannot be captured by the three-dimensional measurement camera, it is automatically determined which of the plurality of markers the marker in the captured image corresponds to. Sometimes it becomes virtually impossible.
これを改善するため、特許文献2の方式が開発されている。この特許文献2では、カメラ校正の基準として用いるマーカーとして、明暗状態を能動的に切り換えることができる発光ダイオード等の発光マーカーを用い、それら発光マーカーをそれぞれ一意な切換パターンに従って明暗を切換している。
In order to improve this, the method of
そして、それら発光マーカーを連続撮影した画像フレーム群からマーカーごとに明暗変化のパターンを求め、求めたパターンから各マーカーを識別している。このような仕組みにより、環境光が変化したり、物体により一部のマーカーが隠されたりした場合でも、個々のマーカーの識別を行うことができるとされている。 Then, a light-dark change pattern is obtained for each marker from an image frame group obtained by continuously photographing the light-emitting markers, and each marker is identified from the obtained pattern. With such a mechanism, it is said that individual markers can be identified even when ambient light changes or when some markers are hidden by an object.
この特許文献2に記載の三次元計測システムにおける計測手順では、まず撮影者が自由に選んだN(自然数)箇所の視点位置に、三次元計測装置を順に移動させながら、各視点位置から、基準パネルとその上に置かれた計測対象物とを撮影することから作業工程を開始している。
In the measurement procedure in the three-dimensional measurement system described in
上述のように、撮影者が自由に選んだ複数の各視点位置から撮影装置が撮影した画像から、撮影装置中心座標系での画像内各点の3次元座標を共通の世界座標系に変換する装置が知られているが、工場で製造された部品等を次々に計測して行くような用途では、計測対象物のセット位置がずれて不定となるため、基準パネル全体を撮影装置で撮影する必要がある。 As described above, the three-dimensional coordinates of each point in the image in the image capturing device central coordinate system are converted into a common world coordinate system from the images captured by the image capturing device from a plurality of viewpoint positions freely selected by the photographer. Although the device is known, in applications where parts manufactured at the factory are measured one after another, the set position of the measurement object is shifted and becomes unstable, so the entire reference panel is imaged with the imaging device There is a need.
このような、勝手に選んだ任意の位置から3次元計測を始める方法として、基準パネル全体を一度に撮影する方法、または、基準パネル全体を分割して撮影する方法が考えられるが、全体を一度に撮影する方法では、計測精度を高めるために、高精細な画像が必要になり、撮影装置が高価という問題が生じる。また、全体を分割して撮影する方法では、多数回の撮影が必要になり、計測時間が長いという問題が生じる。 As a method for starting 3D measurement from an arbitrary position arbitrarily selected, a method of photographing the entire reference panel at once, or a method of photographing the entire reference panel in a divided manner is conceivable. In the method of photographing, a high-definition image is required to increase the measurement accuracy, and there is a problem that the photographing device is expensive. In addition, the method of taking an image by dividing the whole requires a large number of times of shooting, which causes a problem of a long measurement time.
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、計測対象物の位置に合わせて3次元計測カメラの視点位置を自動的に決定し、計測精度を高精度化でき、また計測時間を短縮することができる非接触で3次元寸法を計測する装置及びその方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art, and its purpose is to automatically determine the viewpoint position of the three-dimensional measurement camera in accordance with the position of the measurement object. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring a three-dimensional dimension in a non-contact manner that can increase the measurement accuracy and reduce the measurement time.
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。 Descriptions of patent documents listed as prior art can be introduced or incorporated by reference as explanations of technical elements described in this specification.
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、計測対象物が有する取付け具の3次元寸法を計測する装置であって、複数のマーカーが規則的に並べられ計測対象物の背景として撮影される基準プレートと、取付け具を含む計測対象物と基準プレートとを固定位置で撮影する位置計測カメラと、複数の視点位置で計測対象物を撮影することにより、それら計測対象物と基準プレートが写りこんだ画像を取得する3次元計測カメラと、複数の視点位置に3次元計測カメラを移動させるアクチュエータと、アクチュエータ及び3次元計測カメラを制御する制御装置を有し、制御装置は、位置計測カメラが撮影した画像に基づき、基準プレートを基準とした座標系である基準プレート座標系での計測対象物の2次元座標を演算するための2次元座標演算手段、2次元座標演算手段が演算した2次元座標に基づき、3次元計測カメラの複数の視点位置を取付け具の画像認識によって探査する探査手段、及び探査手段が探査した視点位置において、3次元計測カメラが形成した画像に基づき、3次元計測カメラの位置を基準とした座標系である3次元計測カメラ基準座標系での、取付け具の3次元座標を求める3次元座標演算手段を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a three-dimensional dimension of a fixture included in a measurement object, wherein a plurality of markers are regularly arranged and photographed as a background of the measurement object. And a position measurement camera that captures the measurement object including the fixture and the reference plate at fixed positions, and an image of the measurement object and the reference plate captured by photographing the measurement object at multiple viewpoint positions . A three-dimensional measurement camera that acquires the image, an actuator that moves the three-dimensional measurement camera to a plurality of viewpoint positions, and a control device that controls the actuator and the three-dimensional measurement camera. The control device captures an image captured by the position measurement camera. 2D coordinate calculation means for calculating a 2D coordinate of a measurement object in a reference plate coordinate system which is a coordinate system based on the reference plate Based on the two-dimensional coordinates calculated by the two-dimensional coordinate calculation means, the search means for searching a plurality of viewpoint positions of the three-dimensional measurement camera by image recognition of the fixture, and the three-dimensional measurement camera at the viewpoint position searched by the search means It has a three-dimensional coordinate calculation means for obtaining the three-dimensional coordinates of the fixture in the three-dimensional measurement camera reference coordinate system, which is a coordinate system based on the position of the three-dimensional measurement camera, based on the formed image. .
この発明によれば、基準プレート全体を位置計測カメラで撮影し、取り付け具の3次元位置を計測しやすい視点位置を探査し、この視点位置に、3次元計測カメラを移動させて、最適な位置からの3次元計測のための撮影を行うことができるため、計測精度を高精度化できる。また、位置計測カメラが撮影した画像に基づき基準プレート座標系での2次元座標を求め、この2次元座標に基づき、視点位置を探査し、アクチュエータで視点位置まで3次元計測カメラを駆動して撮影するから、任意の視点位置から撮影するものに比べて、計測時間を短縮することができる。 According to the present invention, the entire reference plate is photographed by the position measurement camera, the viewpoint position at which the three-dimensional position of the fixture can be easily measured is searched, the three-dimensional measurement camera is moved to this viewpoint position, and the optimum position is obtained. Therefore, the measurement accuracy can be increased. In addition, two-dimensional coordinates in the reference plate coordinate system are obtained based on the images taken by the position measurement camera, the viewpoint position is searched based on the two-dimensional coordinates, and the three-dimensional measurement camera is driven to the viewpoint position by the actuator. Therefore, the measurement time can be shortened as compared with the case of shooting from an arbitrary viewpoint position.
請求項2に記載の発明では、探査手段は、計測対象物の基準プレート座標系での2次元座標に基づき、3次元計測カメラの視点位置を決定するために、標準的な計測対象物の取付け具の位置を基準として、予め決定された複数の探査領域内の画像認識を実行して視点位置を決定することを特徴としている。
In the invention according to
この発明によれば、複数の探査領域内の画像認識を実行する探査手段を有するから、基準プレート上に計測対象物がずれて置かれても、予め決定された探査領域内の画像認識により、比較的短時間内に取付け具の位置に関わる3次元計測カメラの視点位置を演算することができる。 According to this invention, since it has the exploration means for performing image recognition in a plurality of exploration areas, even if the measurement object is placed on the reference plate in a shifted manner, the image recognition in the exploration area determined in advance, The viewpoint position of the three-dimensional measurement camera related to the position of the fixture can be calculated within a relatively short time.
請求項3に記載の発明では、取付け具は、計測対象物のピンまたはブラケットであり、3次元座標演算手段は、3次元計測カメラが撮影した画像に基づき、ピン相互間またはブラケット相互間の3次元寸法を計測することを特徴としている。 In the invention according to claim 3, the fixture is a pin or a bracket of the measurement object, and the three-dimensional coordinate calculation means is based on an image photographed by the three-dimensional measurement camera, between the pins or between the brackets. It is characterized by measuring dimensional dimensions.
この発明によれば、3次元計測カメラが撮影した画像に基づき、ピン相互間またはブラケット相互間の3次元寸法を計測するから、これらの寸法が正規のものでない不良品を排除することができる。 According to the present invention, since the three-dimensional dimensions between pins or between brackets are measured based on images taken by the three-dimensional measurement camera, defective products whose dimensions are not normal can be eliminated.
請求項4に記載の発明では、アクチュエータは多軸直交ロボットからなり、アクチュエータは多軸直交ロボットを制御するロボットコントローラにより制御され、探査手段は、ロボットコントローラ内において、計測対象物の基準プレート座標系での2次元座標に基づき、3次元計測カメラの複数の視点位置を決定することを特徴としている。
In the invention according to
この発明によれば、アクチュエータは多軸直交ロボットからなり、このロボットのコントローラ内において、視点位置を決定するから、高速で3次元計測カメラを視点位置まで移動させることができる。 According to the present invention, the actuator is composed of a multi-axis orthogonal robot, and the viewpoint position is determined in the controller of the robot. Therefore, the three-dimensional measurement camera can be moved to the viewpoint position at high speed.
請求項5に記載の発明では、3次元計測カメラは、受動的ステレオ法による3次元計測に必要な画像を撮影するステレオカメラからなり、アクチュエータで駆動されて複数の視点位置において取付け具を撮影し、この取付け具と基準プレートが写り込んだ画像を制御装置に送信することを特徴としている。
In the invention described in
この発明によれば、受動的ステレオ法による3次元計測を行うステレオカメラをアクチュエータで視点位置に移動して、取付け具の3次元計測を容易に行うことができる。 According to this invention, the stereo camera that performs three-dimensional measurement by the passive stereo method can be easily moved to the viewpoint position by the actuator, and the three-dimensional measurement of the fixture can be easily performed.
請求項6に記載の発明では、制御装置は、3次元計測カメラを基準とする座標系から、基準プレートを基準とする世界座標系への座標変換パラメータを演算するパラメータ演算を行い、複数の視点位置より3次元計測カメラが撮影した画像から、複数の視点位置毎の3次元計測カメラを基準とする3次元座標系を、パラメータ演算で求めた視点位置毎の座標変換パラメータを用いて、共通の世界座標系に統合し、世界座標系での3次元座標に基づき、計測対象物の寸法を計測することを特徴としている。 In the invention according to claim 6, the control device performs a parameter calculation for calculating a coordinate conversion parameter from a coordinate system based on the three-dimensional measurement camera to a world coordinate system based on the reference plate, and has a plurality of viewpoints. From the image captured by the 3D measurement camera from the position, a 3D coordinate system based on the 3D measurement camera for each of the plurality of viewpoint positions is obtained using a coordinate conversion parameter for each viewpoint position obtained by parameter calculation. It is characterized in that it is integrated with the world coordinate system and the dimensions of the measurement object are measured based on the three-dimensional coordinates in the world coordinate system.
この発明によれば、アクチュエータで移動した3次元計測カメラの各視点位置を基準とした複数の3次元座標系から、基準プレートを基準とした世界座標系への座標変換パラメータを演算し、共通の世界座標系での3次元座標に基づいて計測対象物の位置ならびに寸法を演算することができるから、3次元計測カメラを駆動する汎用のアクチュエータ内の座標系で特定する場合のようにアクチュエータの座標系での位置精度の影響を受けずに、より高精度な、計測対象物における寸法の計測が可能になる。 According to this invention, coordinate conversion parameters from a plurality of three-dimensional coordinate systems based on each viewpoint position of a three-dimensional measurement camera moved by an actuator to a world coordinate system based on a reference plate are calculated, Since the position and dimensions of the measurement object can be calculated based on the three-dimensional coordinates in the world coordinate system, the coordinates of the actuator are the same as those specified in the coordinate system in the general-purpose actuator that drives the three-dimensional measurement camera. It is possible to measure the dimension of the measurement object with higher accuracy without being affected by the positional accuracy in the system.
請求項7に記載の発明では、計測対象物が有する取付け具の3次元寸法を測定する3次元寸法を計測する装置を用いた3次元寸法を計測する方法であって、3次元寸法を計測する装置が、計測対象物の背景に規則的に並べられた複数のマーカーを有する基準プレートと、少なくとも取付け具と基準プレートを撮影する位置計測カメラと、取付け具の3次元計測に必要な画像を視点位置まで移動して撮影し計測対象物と基準プレートとが写り込んだ画像を撮影する3次元計測カメラと、位置計測カメラで撮影して演算された視点位置に3次元計測カメラを移動させるアクチュエータと、アクチュエータ及び3次元計測カメラを制御する制御装置を用い、基準プレートに対向して配置された位置計測カメラにより基準プレートを撮影し、基準プレートと該基準プレートに置かれた計測対象物とを含んだ画像を撮影する位置計測カメラ撮影ステップ、位置計測カメラ撮影ステップで撮影した画像内のマーカーと計測対象物の位置関係に基づき、計測対象物の基準プレート座標系での2次元座標を演算する2次元座標演算ステップ、2次元座標上において予めティーチング入力された複数の探査領域の位置を特定する探査領域特定ステップ、探査領域内において取付け具の画像認識を行って、3次元計測カメラの撮影位置である複数の視点位置を演算する視点位置演算ステップ、アクチュエータにより3次元計測カメラを視点位置まで駆動し、視点位置から、基準プレートと、該基準プレートを背景とする計測対象物とを撮影する3次元計測カメラ撮影ステップ、複数の視点位置の各々について、3次元計測カメラ撮影ステップで撮影した画像から、計測対象物及びマーカーの3次元計測カメラの位置を基準とした複数の3次元座標系を演算する3次元座標演算ステップ、3次元計測カメラを基準とした複数の3次元座標系から、基準プレートを基準とした世界座標系への座標変換パラメータを演算するパラメータ演算ステップ、パラメータ演算ステップで演算された座標変換パラメータを使用して、3次元計測カメラを基準とした複数の3次元座標系を、世界座標系に統合する座標系統合ステップ、及び座標系統合ステップで統合された世界座標系に基づき、計測対象物の寸法を演算する寸法演算ステップを含むことを特徴としている。 The invention according to claim 7 is a method for measuring a three-dimensional dimension using an apparatus for measuring a three-dimensional dimension for measuring a three-dimensional dimension of a fixture included in a measurement object, and measuring the three-dimensional dimension. The apparatus has a reference plate having a plurality of markers regularly arranged on the background of the object to be measured, a position measurement camera for photographing at least the fixture and the reference plate, and an image necessary for three-dimensional measurement of the fixture. A three-dimensional measurement camera that moves to a position and shoots an image in which a measurement object and a reference plate are reflected; an actuator that moves the three-dimensional measurement camera to a viewpoint position that is shot and calculated by the position measurement camera; Then, using a control device for controlling the actuator and the three-dimensional measurement camera, the reference plate is photographed by the position measurement camera disposed opposite to the reference plate. A position measurement camera photographing step for photographing an image including the measurement object placed on the reference plate and the measurement object based on the positional relationship between the marker in the image photographed in the position measurement camera photographing step and the measurement object. A two-dimensional coordinate calculation step for calculating two-dimensional coordinates in the reference plate coordinate system of the object, a search region specifying step for specifying the positions of a plurality of search regions input in advance on the two-dimensional coordinates, and a fixture in the search region A viewpoint position calculating step for calculating a plurality of viewpoint positions that are photographing positions of the three-dimensional measurement camera, driving the three-dimensional measurement camera to the viewpoint position by an actuator, from the viewpoint position, the reference plate, A three-dimensional measurement camera photographing step for photographing a measurement object with a reference plate as a background, and each of a plurality of viewpoint positions. A three-dimensional coordinate calculation step for calculating a plurality of three-dimensional coordinate systems based on the positions of the three-dimensional measurement camera of the measurement object and the marker from the image photographed in the three-dimensional measurement camera photographing step. A parameter calculation step for calculating a coordinate conversion parameter from a plurality of reference three-dimensional coordinate systems to a world coordinate system based on a reference plate, and a three-dimensional measurement using the coordinate conversion parameters calculated in the parameter calculation step A coordinate system integration step for integrating a plurality of three-dimensional coordinate systems based on the camera into the world coordinate system, and a dimension calculation step for calculating the dimensions of the measurement object based on the world coordinate system integrated in the coordinate system integration step. It is characterized by including.
この発明によれば、2次元座標上において、複数の探索領域を演算し、この限られた大きさの探索領域内から複数の視点位置を演算するから、高速な探索演算が可能となる。また、3次元計測カメラを基準とした座標系から、基準プレートを基準とした世界座標系への座標変換パラメータを演算し、精度の高い世界座標系での3次元座標に基づいて計測対象物の位置ならびに寸法を演算することができるから、3次元計測カメラを駆動するアクチュエータ内の座標系で寸法を演算する場合のようにアクチュエータの座標系での位置精度の影響を受けずに、高精度な計測が可能になる。 According to the present invention, a plurality of search areas are calculated on two-dimensional coordinates, and a plurality of viewpoint positions are calculated from within the limited search area, so that high-speed search calculation is possible. In addition, a coordinate conversion parameter from the coordinate system based on the 3D measurement camera to the world coordinate system based on the reference plate is calculated, and the object to be measured is calculated based on the 3D coordinates in the highly accurate world coordinate system. Since the position and dimensions can be calculated, high accuracy can be achieved without being affected by the position accuracy in the coordinate system of the actuator as in the case of calculating the dimension in the coordinate system in the actuator that drives the 3D measurement camera. Measurement becomes possible.
請求項8に記載の発明では、計測対象物は、表面及び裏面を持ち、この表面及び裏面の縦寸法及び横寸法よりも小さい寸法の奥行き寸法を持ち、かつ奥行き寸法の範囲内に取付け具が設けられた扁平な組付部品であり、基準プレートの平面に表面及び裏面のいずれか一方を重ね合わせて、基準プレートに対向して配置された位置計測カメラで基準プレートと該基準プレート上に載置された計測対象物の両方を含んだ画像を撮影する位置計測カメラ撮影ステップを含むことを特徴としている。
In the invention according to
この発明によれば、計測対象物が扁平な組付部品であり、取付け具に関する複数の視点位置が、基準プレート上の2次元位置を特定するだけで、定まるから、アクチュエータとして平面上を高速移動するXYプロッタと同様のアクチュエータで3次元計測カメラを視点位置まで駆動すればよいため、アクチュエータの構造をシンプルにすることができ、かつ高速駆動することが可能になる。これにより、高速で3次元寸法を計測できる3次元寸法計測方法が得られる。 According to this invention, the measurement object is a flat assembly part, and a plurality of viewpoint positions related to the fixture are determined simply by specifying a two-dimensional position on the reference plate. Since the three-dimensional measurement camera has only to be driven to the viewpoint position with an actuator similar to the XY plotter, the actuator structure can be simplified and can be driven at high speed. Thereby, the three-dimensional dimension measuring method which can measure a three-dimensional dimension at high speed is obtained.
請求項9に記載の発明では、探査領域特定ステップは、測定すべき取付け具の位置を含んだ探査領域がティーチング入力されるステップを含み、視点位置演算ステップは、探査領域内の取付け具の形状を画像認識して取付け具の位置に関わる2次元座標位置に基づき、3次元計測カメラの撮影位置である複数の視点位置を演算することを特徴としている。
In the invention according to
この発明によれば、ティーチング入力された探査領域内を画像認識して視点位置を探すから、基準プレート上に載置される計測対象物の位置が多少ずれて変位しても、つまり傾斜するとか平行移動するとかしても、限られた探査領域内を画像認識して取付け具の位置を特定し、この特定された取付け具の位置から3次元計測カメラの撮影位置である複数の視点位置を自動的に演算することができる。 According to the present invention, since the viewpoint position is searched by recognizing the inside of the search area input by teaching, even if the position of the measurement object placed on the reference plate is displaced slightly deviated, that is, tilted. Even if it moves in parallel, the position of the fixture is identified by recognizing the image within the limited exploration area, and multiple viewpoint positions, which are the shooting positions of the three-dimensional measurement camera, are automatically determined from the position of the identified fixture. Can be calculated automatically.
(一実施形態)
以下、本発明の一実施形態について図1ないし図7を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態としての3次元寸法を計測する装置を示す摸式的斜視図である。図2は、図1の3次元寸法を計測する装置における3次元寸法計測の処理手順を示すフローチャートである。
(One embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an apparatus for measuring a three-dimensional dimension as one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of three-dimensional dimension measurement in the apparatus for measuring three-dimensional dimensions of FIG.
先ず、一実施形態の概要について説明する。この一実施形態では、特許文献2に似た構成を使用するが、図1の基準プレート6の発光マーカー8の点滅パターンを変えるという構成は採用していない。しかし、本発明は、この採用を制限するものではなく、上記点滅パターンを変えても良い。
First, an outline of one embodiment will be described. In this embodiment, a configuration similar to that of
また、この一実施形態は、計測対象物1の位置に合わせて、3次元計測カメラ3の視点位置を決定している。そのために、基本的には、3次元計測カメラ3とは別の位置計測カメラ2を用いて(後述するように、同じカメラを兼用することもできる)、あらかじめ台座となる基準プレート6上の計測対象物1の位置を撮影して、3次元計測カメラ3で撮影する箇所である複数の視点位置を決定しておく。
In this embodiment, the viewpoint position of the three-dimensional measurement camera 3 is determined in accordance with the position of the
この視点位置の決定において、所定の大きさの探査領域を設定することで画像認識時間を短縮し、従来のように、任意の位置を視点位置とするものに比べて、計測精度を高精度化し、かつ計測時間を短縮している。 In the determination of the viewpoint position, the image recognition time is shortened by setting an exploration area of a predetermined size, and the measurement accuracy is increased compared to the conventional case where the arbitrary position is the viewpoint position. And the measurement time is shortened.
ちなみに、任意の位置を視点位置とするものでは、基準プレート6のどこかの位置に計測対象物1が設置されていることで、基準プレート6全体を高精度カメラで1回撮影するか、または、細分化された視野で多数回撮影する必要がある。
Incidentally, in the case where an arbitrary position is set as the viewpoint position, the
なお、上記カメラ校正方法における、カメラの校正とは、カメラの設置位置や方向の校正を言い、具体的には、基準プレート6に設置された計測対象物1の3次元計測カメラ3に対する位置関係を、図1の水玉状に描かれたマーカー8の使用によって特定することを言う。
In the camera calibration method, the camera calibration refers to the calibration of the installation position and direction of the camera, and specifically, the positional relationship of the
車両用空調装置において圧縮器で加圧された冷媒の熱を放熱する熱交換器をなすコンデンサ(この一実施形態での計測対象物1であり、この一実施形態では、コンデンサのことを計測対象物と言う)は、図3に示すように、熱交換用の空気流が流れる四角形の表面10と裏面11を持ち、この四角形の縦寸法、及び横寸法よりも小さい寸法の奥行き寸法(図3上下方向)を持つ比較的扁平な形状である。
Capacitor (a
この計測対象物1は、図示しない車両側の取付部にピン12を差込み、他の車両の取付部となるブラケットに自身のブラケット13の孔14を重ねて、図示しないボルトで締め付けて固定される。
This measuring
従って、計測対象物1の取付け具をなすピン12やブラケット13の位置を正確に製造することが、その後の車両への組付けにとって重要である。たとえば、ピン12やブラケット13等からなる取付け具(以下取付け具12、13という)の相互間隔が、車両側とずれていると、車両への組付けに苦慮することとなる。
Therefore, it is important for the subsequent assembly to the vehicle to accurately manufacture the positions of the
よって、この一実施形態の3次元寸法を計測する装置を用いて、計測対象物1を検査して、取付け具12、13の相互間隔に関して不良品が発見された場合には、不良箇所を修復して計測対象物1を製造することが重要になる。
Therefore, when the measuring
この一実施形態では、計測対象物1を車両に取付ける取付け具12、13の3次元寸法計測において、複数の取付け具12、13の位置に合わせて、3次元計測カメラ3の撮影位置である視点位置を決定することで、3次元計測カメラ3での撮影視野限定による3次元計測の高精度化、及び撮影位置限定による高速化を実現している。
In this embodiment, in the three-dimensional dimension measurement of the
以下、図1及び図2基づき、3次元寸法を計測する装置及びその方法の一実施形態を具体的に説明する。図1において、1は3次元形状を有する物体となる計測対象物である。この計測対象物1には、計測対象となる車両への取付け具12、13が設けられている。
Hereinafter, an embodiment of an apparatus and method for measuring a three-dimensional dimension will be specifically described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1,
2は、計測対象物1の全体の位置を計測するために設置された位置計測カメラである。この位置計測カメラ2は、単眼のCCDカメラからなり、基準プレート6全体を一回撮影し、計測対象物1と基準プレート6が写り込んだ1フレームの画像を後述する計算装置7に送信する。この位置計測カメラ2の基準プレート6に対する位置関係は、計算装置7において事前に把握している必要は無い。
この位置計測カメラ2で撮影する計測対象物1の2つのブラケット13(図3)の孔14の位置、2つのピン12の先端の位置は、この3次元寸法を計測する装置の運転者によって計算装置7に教えられる。このための手順について以下に説明する。
The positions of the
先ず、各部の寸法が正確なマスターワーク(この場合は、図示しない標準計測対象物となる標準コンデンサ)を図1の基準プレート6上の決められた位置に載置する。その状態で、位置計測カメラ2で、マスターワークを撮影し、マスターワークの四隅の位置、及びブラケット13(図3)及びピン12が存在する探査領域(枠)の位置をティーチング入力する。なお、このティーチング入力は、図示しないキーボードを使用して作業者により行われ、同じ計測対象物でも形状・寸法が変わる品番ごとに行う。
First, a master work (in this case, a standard capacitor to be a standard measurement object not shown) whose dimensions are accurate is placed at a predetermined position on the reference plate 6 in FIG. In this state, the
具体的には、測定すべきピン12及びブラケット13の位置を基準とした画素の集合領域からなる図3において模式的に示す探査領域SA1、SA2、SA3、SA4を運転者が計算装置7または後述するロボットコントローラ5にティーチング入力する。
Specifically, the driver calculates the search areas SA1, SA2, SA3, and SA4, which are schematically shown in FIG. 3 and includes pixel collection areas based on the positions of the
この探査領域SA1〜SA4は、後述の画像認識を行って、3次元計測カメラ3が撮影すべき視点位置を探す範囲となる枠である。図1の基準プレート6上に載置される計測対象物1の位置が多少ずれて置かれても、つまり傾斜するとか平行移動するとかしても、計測対象物1となるコンデンサの四隅を画像認識して特定し、この特定された四隅を基に四角形の探査領域SA1〜SA4を自動的に特定する。
The search areas SA1 to SA4 are frames that serve as a range in which the three-dimensional measurement camera 3 searches for a viewpoint position to be photographed by performing image recognition described later. Even if the position of the measuring
次に、特定された探査領域SA1〜SA4内の位置計測カメラ2(図1)が撮影した画像を画像認識して取付け具12、13の形状を探せば、その計測対象物1のピン12及びブラケット13の位置を基準とした3次元計測カメラ3の視点位置を特定することができる。
Next, if the image captured by the position measurement camera 2 (FIG. 1) in the specified search areas SA1 to SA4 is image-recognized and the shapes of the
なお、図1の位置計測カメラ2で撮影された画面上の計測対象物1とアクチュエータ4、ひいては3次元計測カメラ3の位置とを、予めキャリブレーション(校正)しておく必要がある。この結果、位置計測カメラ2で撮影した所望の視点位置に、アクチュエータ4で3次元計測カメラ3を移動させることができる。
Note that the
この校正作業は、周知の方法で行うことができる。この結果、位置計測カメラ2で計測した位置と、3次元計測カメラ3で撮影した位置と、アクチュエータ4の動く位置との対応関係を計算装置7において把握できる。
This calibration work can be performed by a known method. As a result, the calculation device 7 can grasp the correspondence between the position measured by the
3は、受動的ステレオ法による3次元計測に必要な画像を撮影するカメラをなす3次元計測カメラであり、計測対象物1に組付けられた図3のピン12やブラケット13といった取付け具12、13をアクチュエータ4で移動しながら撮影し、計測対象物1と基準プレート6とが写り込んだ画像を計算装置7に送信する。
Reference numeral 3 denotes a three-dimensional measurement camera that forms a camera that captures an image necessary for three-dimensional measurement by the passive stereo method. The
なお、受動的ステレオ法とは、三角測量の原理を用いて、計測対象物1の3次元形状を計測する手法であり、複数の視点位置から3次元計測カメラ3で計測対象物1を撮影して、3次元計測カメラ3の位置を基準とする3次元位置を計測する手法である。受動的ステレオ法において、視点位置に設けられた2つのカメラからなる3次元計測カメラは、ステレオカメラとも呼ばれる。
The passive stereo method is a technique for measuring the three-dimensional shape of the
4は、指定した視点位置に3次元計測カメラ3を移動するためのアクチュエータであり、多軸直交ロボットからなる。5は、アクチュエータ制御装置となるロボットコントローラである。
このロボットコントローラ5は、計算装置7から送信された計測対象物1の基準プレート座標系での2次元座標に基づき、3次元計測カメラ3の視点位置を演算し、アクチュエータ4の駆動軸を制御する。ここで、基準プレート座標系とは、基準プレート6の任意の位置を基準とした座標系のことである。
The
また、3次元計測カメラ3の視点位置とは、3次元計測カメラ3で撮影する複数の位置及び撮影する方向を含む情報である。前述のように、特定された探査領域SA1〜SA4内を画像認識して探せば、その計測対象物1のピン12及びブラケット13の視点位置を特定することができる。
The viewpoint position of the three-dimensional measurement camera 3 is information including a plurality of positions photographed by the three-dimensional measurement camera 3 and a photographing direction. As described above, if the identified search areas SA1 to SA4 are image-recognized and searched, the viewpoint positions of the
視点位置が特定された後は、計算装置7から送信された計測対象物1の基準プレート座標系での2次元座標に基づき、3次元計測カメラの視点位置をコントローラ5内の座標系で計算する。
After the viewpoint position is specified, the viewpoint position of the three-dimensional measurement camera is calculated in the coordinate system in the
この一実施形態では、位置計測カメラ2からの平面情報だけで視点位置を特定する。従って、アクチュエータ4は、平面のX軸Y軸上の任意の位置に3次元計測カメラ3を移動させることのできるXYプロッタとしての機能があればよい。これは、計測対象物1が扁平形状であり、基準プレート6上に載置されたときに、図1の上下方向であるZ軸方向に探すべき位置が大きく動かないからである。
In this embodiment, the viewpoint position is specified only by plane information from the
6は、計測対象物1が載置され、計測対象物1と共に位置計測カメラ2及び3次元計測カメラ3に撮影される基準プレートである。この基準プレート6上の異なる位置に、それぞれ行列状に設けられた複数のマーカー8(図1)を備える。
Reference numeral 6 denotes a reference plate on which the
この基準プレート6は、図1の水玉模様のように、決められた位置に多数のマーカー8を構成する孔が空けられた不透光性のプレート部(図1では簡略化して図示しているが黒く表面が塗装され、複数の孔の開いたガラスプレートから構成されている)と、この不透光性のプレート部の裏面に設置された光源となる図示しない発光ダイオードを有する。 The reference plate 6 is a light-impermeable plate portion (as shown in FIG. 1 that is simplified) as shown in the polka dot pattern of FIG. And a light-emitting diode (not shown) serving as a light source installed on the back surface of the light-impermeable plate portion.
この発光ダイオードの数は、マーカー8を構成する孔の数より少ないが、各孔の照度がなるべく均一になるように並べられている。このプレート部の孔が発光することにより、マーカー8は発光マーカーとして機能している。
Although the number of the light emitting diodes is smaller than the number of holes constituting the
基準プレート6の不透光性の上記プレート部の上面には、図示しない黒いアルミニウムの多数の桟が並べられ、この桟上に計測対象物1が置かれ、金属の計測対象物1によって基準プレート6のガラス製のプレート部に傷がつかないようにされている。
A large number of black aluminum bars (not shown) are arranged on the upper surface of the light-impermeable plate portion of the reference plate 6, and the measuring
プレート部に設けられた多数の孔からなるマーカー8は、計測対象物1の裏面が上記桟上に載置されることにより、一部が隠れるが、マーカー8の位置には規則性があるため、位置計測カメラ2及び3次元計測カメラ3から見える画像から発光マーカーの位置は、特定可能である。
A part of the
計算装置7は、位置計測カメラ2が撮影した画像に基づき、この画像内の計測対象物1の基準プレート座標系での2次元座標を求めるための2次元計算を行う。また、計算装置7は、3次元計測カメラ3が撮影した画像に基づき、視点位置毎の3次元計測カメラ基準座標系での3次元座標を求める3次元計算を行う。ここで3次元計測カメラ基準座標系とは、3次元計測カメラの位置を基準とした座標系である。また、計算装置7は、3次元計測カメラ基準座標系から所定の世界座標系への座標変換パラメータを計算するパラメータ計算を行う。
The calculation device 7 performs a two-dimensional calculation for obtaining a two-dimensional coordinate in the reference plate coordinate system of the
次に、計算装置7は、各視点位置から3次元計測カメラ3が撮影した画像から、3次元計測カメラ基準座標系での各視点位置毎の3次元座標を、パラメータ計算で求めた各視点位置についての座標変換パラメータを用いて、共通の世界座標系に変換し座標系を統合する。このような統合計算は周知であり、特許文献2にも開示されている。
Next, the calculation device 7 calculates the three-dimensional coordinates for each viewpoint position in the three-dimensional measurement camera reference coordinate system from the images photographed by the three-dimensional measurement camera 3 from the respective viewpoint positions. Using the coordinate transformation parameters for, transform to a common world coordinate system and integrate the coordinate system. Such integrated calculation is well known and is also disclosed in
次に、3次元寸法計測の処理手順を示すフローチャートである図2を参照して説明する。計測対象物1をなすコンデンサは、図3のように、表面10及び裏面11を持ち、この表面10及び裏面11の縦寸法及び横寸法よりも小さい寸法の奥行き寸法(図3上下方向)を持ち、かつ奥行き寸法の範囲内に取付け具12、13が設けられた扁平な車両への組付部品である。
Next, a description will be given with reference to FIG. 2 which is a flowchart showing a processing procedure of three-dimensional dimension measurement. The capacitor constituting the
図2において、制御が開始されると、ステップS1では、基準プレート6上方に配置された図1の位置計測カメラ2で基準プレート6全体を撮影し、基準プレート6とその上に置かれた計測対象物1の両方を含んだ画像を撮影する。なお、この撮影前に基準プレート6の平面上に計測対象物1の裏面側が載置され、計測対象物1の表面側が位置計測カメラ2側になるように載置されている。
In FIG. 2, when the control is started, in step S1, the entire reference plate 6 is photographed by the
ステップS2では、ステップS1で撮影した画像内の基準プレート6上の複数のマーカー8と計測対象物1の位置関係に基づき、計測対象物1の基準プレート座標系での2次元座標を計算する。よって、ステップS2は2次元座標演算手段を構成している。そして、予め2次元座標上において、ティーチング入力されている4箇所の探査領域SA1〜SA4(図3)の位置を特定する。
In step S2, two-dimensional coordinates in the reference plate coordinate system of the
従って、ステップS2は、位置計測カメラ撮影ステップで撮影した画像内の基準プレート6上のマーカー8と計測対象物1の位置関係に基づき、計測対象物1の基準プレート座標系での2次元座標を演算する2次元座標演算ステップと、2次元座標上において複数の探査領域SA1〜SA4の位置を特定する探査領域特定ステップとを実行している。
Accordingly, in step S2, the two-dimensional coordinates in the reference plate coordinate system of the
ステップS3では、ステップS2で計算した計測対象物1の4箇所の探査領域SA1〜SA4に関わる2次元座標位置に基づき、3次元計測カメラ3の撮影位置である視点位置を計算する。このステップS3は、3次元計測カメラ3の視点位置を決定するために、取付け具12,13の位置を基準とした予め決定された複数の探査領域SA1〜SA4内の画像認識を実行する探査手段を構成する。
In step S3, the viewpoint position that is the photographing position of the three-dimensional measurement camera 3 is calculated based on the two-dimensional coordinate positions related to the four search areas SA1 to SA4 of the
ステップS4及びステップS5では、ステップS3で計算したN(自然数、この場合は4)箇所の視点位置に、順に3次元計測カメラ3をアクチュエータ4で移動させながら、各視点位置から、基準プレート6と、その上に置かれた計測対象物1の両方を含んだ画像を撮影し、撮像された画像データを蓄積する。
In step S4 and step S5, the reference plate 6 and the reference plate 6 are moved from each viewpoint position while the three-dimensional measurement camera 3 is sequentially moved by the
ステップS6では、N箇所の視点位置の各々について、ステップS5で撮影した3次元計測カメラ3の画像から、計測対象物1及び基準プレート6上の各マーカー8の3次元座標を受動ステレオ法のアルゴリズムに従って計算する。
In step S6, the three-dimensional coordinates of each of the
このステップS6は3次元座標演算手段を構成している。なお、各マーカー8の3次元座標とは、図1の水玉模様の白い点の3次元的位置であり、ガラス製のプレート部の光を透過する孔の中心位置を表している。
This step S6 constitutes a three-dimensional coordinate calculation means. The three-dimensional coordinates of each
2台のカメラを使用して三角測量の原理で3次元の位置を特定する受動ステレオ法のアルゴリズムは周知なので説明は省略する。この計算で得られる各マーカー8等の3次元座標は、3次元計測カメラ3を基準位置とする3次元座標系での座標である。
Since the algorithm of the passive stereo method that uses two cameras to specify the three-dimensional position based on the principle of triangulation is well known, a description thereof will be omitted. The three-dimensional coordinates of each
ステップS7では、N箇所の視点位置の各々について、ステップS6で計算した各マーカー8の3次元座標に基づき、3次元計測カメラ3を基準とした座標系から、基準プレート6を基準とした世界座標系への変換パラメータを計算する。
In step S7, for each of the N viewpoint positions, based on the three-dimensional coordinates of each
3次元計測カメラ3を基準とした座標系から、基準プレート6を基準とした世界座標系への変換パラメータを計算する理由は、アクチュエータ4の分解能が比較的低いためである。
The reason for calculating the conversion parameter from the coordinate system based on the three-dimensional measurement camera 3 to the world coordinate system based on the reference plate 6 is that the resolution of the
3次元計測カメラ3が動いた位置関係を特定するアクチュエータ4内の座標系で取付け具12、13の寸法を特定してもよいが、このアクチュエータ4、つまり、ロボットの座標系での位置精度が比較的低いため、基準プレート6を基準とした世界座標系への変換を行っている。
Although the dimensions of the
今回は、4箇所の位置を3次元計測カメラ3で撮影しているから、3次元計測カメラ3を基準とした座標系は4つの座標系からなる。この4つの座標系を、基準プレート6を基準とした単一の世界座標系に統合している。 Since the four positions are photographed by the three-dimensional measurement camera 3 this time, the coordinate system based on the three-dimensional measurement camera 3 is composed of four coordinate systems. These four coordinate systems are integrated into a single world coordinate system based on the reference plate 6.
具体的には、ステップS7で4箇所の視点位置毎の変換パラメータが求められると、ステップS8では、各視点位置から見た計測対象物1の3次元計測カメラ基準座標系での3次元形状を、それぞれ対応する変換パラメータを用いて、共通の世界座標系へと座標変換する。
Specifically, when conversion parameters for each of the four viewpoint positions are obtained in step S7, in step S8, the three-dimensional shape in the three-dimensional measurement camera reference coordinate system of the
次に、ステップS9では、N個の視点位置での撮影ならびに計算が完了したか否かを確認し、完了したならばステップS10に進み、完了していない場合は、ステップS4に戻り、次の視点位置に移動する。 Next, in step S9, it is confirmed whether shooting and calculation at N viewpoint positions are completed. If completed, the process proceeds to step S10. If not completed, the process returns to step S4, and the next Move to the viewpoint position.
ステップS10では、ステップS8で求めた計測対象物1の世界座標系での3次元座標に基づき、計測対象物1の取付け具12、13相互間の距離(寸法)を計算する。具体的には、計測対象物1のブラケット13の取付け孔14相互間の寸法、及びピン12中心軸相互間の寸法を世界座標系での3次元座標に基づき特定する。
In step S10, the distance (dimension) between the
図4は計測対象物1のピン12の模式拡大図であり、図5は計測対象物1のブラケット13の模式拡大図である。計測対象物1のピン12及びブラケット13の位置は、3次元的に把握され、図4のピン12の中心軸J12が通るピン12の円形側面の中心位置P12と、図5のブラケット13表面の平面上の孔の中心位置P13との3次元の位置が世界座標系で特定される。
FIG. 4 is a schematic enlarged view of the
図6は、探査領域SA2内の実際のピンの構成を示す図面であり、図6の(a)は、図1の位置計測カメラ2から見たピン12の平面図であり、図6の(b)はピン12の側面図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an actual pin in the exploration area SA2, and FIG. 6A is a plan view of the
このように、ピン12が計測対象物1の表面10と裏面11の中間より一方にずれて位置している場合においても、3次元計測カメラ3によって、正確にピン12の中心軸J12が通るピン12の円形側面の中心位置P12を測定できる。矢印Y6は、3次元計測カメラ3の視点位置の方向を示しており、ピン12の円形側面の中心位置P12が撮影されるように、斜め方向から3次元計測カメラ3が撮影する。
Thus, even when the
図7は、探査領域SA4内の実際のブラケット13の構成を示す図面であり、図7の(a)はブラケット13の平面図であり、図7の(b)はブラケット13の側面図である。このように、ブラケット13が計測対象物1の表面10と裏面11の中間より一方に偏移して位置している場合や曲げ部C13が存在する場合においても、3次元計測カメラ3によって、正確にブラケット13表面の平面上の孔の中心位置P13の3次元の位置が世界座標系で特定できる。
FIG. 7 is a drawing showing the configuration of the
これにより、車両への計測対象物1の組み付けにおいて、ピン12の中心位置P12とブラケット13の孔の中心位置P13とを規制できるため、車両組み付けにあたり、取付け具12、13の寸法が合わないという弊害をなくすことができる。
Thereby, in the assembly of the
また、取付け具12、13の寸法が正規のものと異なる場合は、車両への計測対象物1の組付け時に組付け不良が生じるため、不良品を予め排除することができる。これにより従来は治具を用いて測定していた大量生産品の取付け具相互間の寸法が、非接触で3次元的に特定され、検査の高速化と高精度化が同時に達成できる。
Moreover, when the dimensions of the
(その他の実施形態)
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上記一実施形態では、3次元寸法を計測する装置を受動的ステレオ法に基づいて構成したが、受動的ステレオ法の代わりに、レーザパターンによって空間をくさび形の領域に分割し、 それぞれの領域をスリット光平面とみなして距離を計測する空間コード化法、または特許文献1に記載された光切断法等を用いて3次元計測装置を構成することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows. For example, in the above-described embodiment, the apparatus for measuring a three-dimensional dimension is configured based on the passive stereo method, but instead of the passive stereo method, the space is divided into wedge-shaped regions by a laser pattern, A three-dimensional measurement apparatus can be configured using a spatial encoding method in which a region is regarded as a slit light plane and a distance is measured, or a light cutting method described in
また、上記一実施形態では、基準プレートとして、四角形の平板を用いたが、平板の形状は四角形でなくてもよい。また、平板ではなく、凹凸がある立体形状でもよい。また、計測対象物を設置する台として使用するものに限らず、例えば、基準プレートを計測対象物の横に立てて計測対象物の背景物としてもよい。 In the above embodiment, a rectangular flat plate is used as the reference plate, but the shape of the flat plate may not be a square. Moreover, it may be a three-dimensional shape with unevenness instead of a flat plate. Moreover, it is not restricted to what is used as a table | surface which installs a measurement target object, For example, it is good also as a background object of a measurement target object standing up on the side of a measurement target object.
また、アクチュエータは、多軸直交ロボットに限らず、例えば、垂直多関節ロボットを使用してもよい。この垂直多関節ロボットを使用した場合は、任意の動きが可能になるが、その分、動作が遅くなる傾向がある。また、ロボット以外の専用アクチュエータであってもよい。 Further, the actuator is not limited to the multi-axis orthogonal robot, and for example, a vertical articulated robot may be used. When this vertical articulated robot is used, an arbitrary movement is possible, but there is a tendency that the movement becomes slower by that amount. Also, a dedicated actuator other than the robot may be used.
また、上記一実施形態では、位置計測カメラと3次元計測カメラとは別のカメラを使用したが、位置計測用カメラとして、3次元計測カメラを使用してもよい。このカメラを兼用する場合、2台のカメラからなる3次元計測カメラのうちの1台のカメラのみを位置計測用カメラとして使用し、3次元計測カメラの2台のカメラの回転角度を調整するカメラ軸を垂直多関節ロボット等で回転してカメラの向きを調整する必要がある。 In the above embodiment, a camera different from the position measurement camera and the three-dimensional measurement camera is used. However, a three-dimensional measurement camera may be used as the position measurement camera. When this camera is also used, only one of the three-dimensional measurement cameras composed of two cameras is used as the position measurement camera, and the camera adjusts the rotation angle of the two cameras of the three-dimensional measurement camera. It is necessary to adjust the direction of the camera by rotating the axis with a vertical articulated robot or the like.
また、計測対象物1をコンデンサ(凝縮器)としたが、これは、車両用空調装置のエバポレータ(蒸発器)やラジエータ等の車両用熱交換器であってもよいし、ブラケットまたはピン等の取付け具を持ったその他の製品であってもよい。
Moreover, although the
なお、アクチュエータとして3次元計測カメラのX軸Y軸の位置だけを特定する簡単な構造のものを用いて、作動を高速化しするためには、位置計測用カメラと3次元計測カメラとを別物とし、平板状の基準プレートに載置される計測対象物は、位置計測用カメラの撮影画面上で視野位置が特定できる比較的扁平な形状が、コストと高速化の点で好ましい。 In order to speed up the operation using a simple structure that specifies only the X-axis and Y-axis positions of the three-dimensional measurement camera as an actuator, the position measurement camera and the three-dimensional measurement camera are separated. The measurement object placed on the flat reference plate preferably has a relatively flat shape that allows the visual field position to be specified on the photographing screen of the position measurement camera in terms of cost and speedup.
また、本発明では、計算装置とロボットのコントローラとを総合して制御装置と呼んだが、計算装置とロボットのコントローラとを統合して一つの装置とすることもできる。また、マーカーは発光マーカーである必要はない。単なる黒丸パターンまたは白丸パターンやその他の容易に識別できる形状の集合であっても良い。 In the present invention, the computing device and the robot controller are collectively referred to as a control device. However, the computing device and the robot controller may be integrated into a single device. Also, the marker need not be a luminescent marker. It may be a simple black circle pattern or white circle pattern or other set of easily distinguishable shapes.
また、3次元計測カメラ基準座標系は、3次元計測カメラ自体を直接的に基準としなくても、3次元計測カメラと一体に移動する部位を基準とした座標系であれば良い。また、視点位置の探査は、ロボットコントローラ内で行ったが、計算装置内で行っても良い。 Further, the three-dimensional measurement camera reference coordinate system may be a coordinate system based on a part that moves together with the three-dimensional measurement camera, without directly using the three-dimensional measurement camera itself as a reference. Further, the search for the viewpoint position is performed in the robot controller, but may be performed in the calculation device.
1 計測対象物
2 位置計測カメラ
3 3次元計測カメラ
4 多軸直交ロボットからなるアクチュエータ
5 ロボットコントローラ
5、7 制御装置
6 基準プレート
7 計算装置
8 マーカー
10 計測対象物の表面
11 計測対象物の裏面
12 ピン
12、13 取付け具
13 ブラケット
SA1〜SA4 視点位置を探すための探査領域
DESCRIPTION OF
Claims (9)
複数のマーカーが規則的に並べられ前記計測対象物の背景として撮影される基準プレートと、
前記取付け具を含む前記計測対象物と前記基準プレートとを固定位置で撮影する位置計測カメラと、
複数の視点位置で前記計測対象物を撮影することにより、それら計測対象物と前記基準プレートが写りこんだ画像を取得する3次元計測カメラと、
複数の前記視点位置に前記3次元計測カメラを移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータ及び前記3次元計測カメラを制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、
前記位置計測カメラが撮影した画像に基づき、前記基準プレートを基準とした座標系である基準プレート座標系での前記計測対象物の2次元座標を演算するための2次元座標演算手段、
前記2次元座標演算手段が演算した前記2次元座標に基づき、前記3次元計測カメラの複数の前記視点位置を前記取付け具の画像認識によって探査する探査手段、及び
前記探査手段が探査した前記視点位置において、前記3次元計測カメラが形成した画像に基づき、前記3次元計測カメラの位置を基準とした座標系である3次元計測カメラ基準座標系での、前記取付け具の3次元座標を求める3次元座標演算手段を有することを特徴とする3次元寸法を計測する装置。 An apparatus for measuring a three-dimensional dimension of a fixture included in a measurement object,
A reference plate in which a plurality of markers are regularly arranged and photographed as a background of the measurement object;
A position measurement camera for photographing the measurement object including the fixture and the reference plate at a fixed position ;
By capturing the measurement object in view point position of the multiple, the three-dimensional measurement camera for acquiring images yelling-through their measurement object and the reference plate,
An actuator for moving the three-dimensional measurement camera to a plurality of viewpoint positions;
A controller for controlling the actuator and the three-dimensional measurement camera;
The control device includes:
Two-dimensional coordinate calculation means for calculating two-dimensional coordinates of the measurement object in a reference plate coordinate system, which is a coordinate system based on the reference plate, based on an image captured by the position measurement camera;
Based on the two-dimensional coordinates calculated by the two-dimensional coordinate calculation means, a search means for searching the plurality of viewpoint positions of the three-dimensional measurement camera by image recognition of the fixture, and the viewpoint position searched by the search means 3D to obtain the three-dimensional coordinates of the fixture in the three-dimensional measurement camera reference coordinate system, which is a coordinate system based on the position of the three-dimensional measurement camera, based on the image formed by the three-dimensional measurement camera An apparatus for measuring a three-dimensional dimension, characterized by comprising coordinate calculation means.
を特徴としている。 The exploration means determines the viewpoint position of the three-dimensional measurement camera based on the two-dimensional coordinates of the measurement object in the reference plate coordinate system. The apparatus for measuring a three-dimensional dimension according to claim 1, wherein the viewpoint position is determined by executing image recognition in a plurality of predetermined search areas on the basis of the position.
It is characterized by.
前記アクチュエータは前記多軸直交ロボットを制御するロボットコントローラにより制御され、
前記探査手段は、前記ロボットコントローラ内において、前記計測対象物の前記基準プレート座標系での2次元座標に基づき、前記3次元計測カメラの複数の前記視点位置を決定することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の3次元寸法を計測する装置。 The actuator comprises a multi-axis orthogonal robot,
The actuator is controlled by a robot controller that controls the multi-axis orthogonal robot,
The search means determines a plurality of the viewpoint positions of the three-dimensional measurement camera based on two-dimensional coordinates of the measurement object in the reference plate coordinate system in the robot controller. The apparatus which measures the three-dimensional dimension as described in any one of 1 thru | or 3.
複数の前記視点位置より前記3次元計測カメラが撮影した画像から、複数の前記視点位置毎の3次元計測カメラを基準とする3次元座標系を、前記パラメータ演算で求めた前記視点位置毎の前記座標変換パラメータを用いて、共通の前記世界座標系に統合し、
前記世界座標系での3次元座標に基づき、前記計測対象物の寸法を計測することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の3次元寸法を計測する装置。 The control device performs a parameter calculation for calculating a coordinate conversion parameter from a coordinate system based on the three-dimensional measurement camera to a world coordinate system based on the reference plate,
A three-dimensional coordinate system based on the three-dimensional measurement camera for each of the plurality of viewpoint positions is determined from the images taken by the three-dimensional measurement camera from the plurality of viewpoint positions, for each of the viewpoint positions determined by the parameter calculation. Using coordinate transformation parameters, integrate into the common world coordinate system,
The apparatus for measuring a three-dimensional dimension according to any one of claims 1 to 5, wherein the dimension of the measurement object is measured based on a three-dimensional coordinate in the world coordinate system.
前記3次元寸法を計測する装置が、前記計測対象物の背景に規則的に並べられた複数のマーカーを有する基準プレートと、少なくとも前記取付け具と前記基準プレートを撮影する位置計測カメラと、前記取付け具の3次元計測に必要な画像を前記視点位置まで移動して撮影し前記計測対象物と前記基準プレートとが写り込んだ画像を撮影する3次元計測カメラと、前記位置計測カメラで撮影して演算された前記視点位置に前記3次元計測カメラを移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータ及び前記3次元計測カメラを制御する制御装置を用い、
前記基準プレートに対向して配置された前記位置計測カメラにより前記基準プレートを撮影し、前記基準プレートと該基準プレートに置かれた前記計測対象物とを含んだ画像を撮影する位置計測カメラ撮影ステップ、
前記位置計測カメラ撮影ステップで撮影した画像内の前記マーカーと前記計測対象物の位置関係に基づき、前記計測対象物の基準プレート座標系での2次元座標を演算する2次元座標演算ステップ、
前記2次元座標上において予めティーチング入力された複数の探査領域の位置を特定する探査領域特定ステップ、
前記探査領域内において前記取付け具の画像認識を行って、前記3次元計測カメラの撮影位置である複数の前記視点位置を演算する視点位置演算ステップ、
前記アクチュエータにより前記3次元計測カメラを前記視点位置まで駆動し、前記視点位置から、前記基準プレートと、該基準プレートを背景とする前記計測対象物とを撮影する3次元計測カメラ撮影ステップ、
複数の前記視点位置の各々について、前記3次元計測カメラ撮影ステップで撮影した画像から、前記計測対象物及び前記マーカーの前記3次元計測カメラの位置を基準とした複数の3次元座標系を演算する3次元座標演算ステップ、
前記3次元計測カメラを基準とした複数の3次元座標系から、前記基準プレートを基準とした世界座標系への座標変換パラメータを演算するパラメータ演算ステップ、
前記パラメータ演算ステップで演算された前記座標変換パラメータを使用して、前記3次元計測カメラを基準とした複数の3次元座標系を、前記世界座標系に統合する座標系統合ステップ、及び
前記座標系統合ステップで統合された前記世界座標系に基づき、前記計測対象物の寸法を演算する寸法演算ステップを含むことを特徴とする3次元寸法を計測する方法。 A method for measuring a three-dimensional dimension using an apparatus for measuring a three-dimensional dimension for measuring a three-dimensional dimension of a fixture included in a measurement object,
The apparatus for measuring the three-dimensional dimension includes a reference plate having a plurality of markers regularly arranged in the background of the measurement object, a position measurement camera for photographing at least the fixture and the reference plate, and the attachment An image required for three-dimensional measurement of the tool is moved to the viewpoint position and photographed, and a three-dimensional measurement camera for photographing an image in which the measurement object and the reference plate are reflected, and the position measurement camera. Using an actuator that moves the 3D measurement camera to the calculated viewpoint position, and a control device that controls the actuator and the 3D measurement camera,
A position measurement camera photographing step of photographing the reference plate by the position measurement camera disposed opposite to the reference plate and photographing an image including the reference plate and the measurement object placed on the reference plate. ,
A two-dimensional coordinate calculation step for calculating a two-dimensional coordinate in the reference plate coordinate system of the measurement object based on the positional relationship between the marker and the measurement object in the image photographed in the position measurement camera photographing step;
A search area specifying step for specifying the positions of a plurality of search areas input in advance on the two-dimensional coordinates;
A viewpoint position calculating step of performing image recognition of the fixture in the exploration area and calculating a plurality of viewpoint positions which are photographing positions of the three-dimensional measurement camera;
A three-dimensional measurement camera photographing step of driving the three-dimensional measurement camera to the viewpoint position by the actuator and photographing the reference plate and the measurement object with the reference plate as a background from the viewpoint position;
For each of the plurality of viewpoint positions, a plurality of three-dimensional coordinate systems based on the positions of the measurement object and the marker of the three-dimensional measurement camera are calculated from the images photographed in the three-dimensional measurement camera photographing step. 3D coordinate calculation step,
A parameter calculation step for calculating a coordinate conversion parameter from a plurality of three-dimensional coordinate systems based on the three-dimensional measurement camera to a world coordinate system based on the reference plate;
A coordinate system integration step of integrating a plurality of three-dimensional coordinate systems based on the three-dimensional measurement camera into the world coordinate system using the coordinate conversion parameters calculated in the parameter calculation step; and the coordinate system A method for measuring a three-dimensional dimension, comprising a dimension calculation step for calculating a dimension of the measurement object based on the world coordinate system integrated in an integration step.
前記基準プレートの平面に前記表面及び裏面のいずれか一方を重ね合わせて、前記基準プレートに対向して配置された前記位置計測カメラで前記基準プレートと該基準プレート上に載置された前記計測対象物の両方を含んだ画像を撮影する前記位置計測カメラ撮影ステップを含むことを特徴とする請求項7に記載の3次元寸法を計測する方法。 The measurement object has a front surface and a back surface, has a depth dimension smaller than the vertical and horizontal dimensions of the front surface and the back surface, and is a flat assembly in which the fixture is provided within the range of the depth dimension. Parts,
The measurement object placed on the reference plate and the reference plate by the position measurement camera arranged facing the reference plate with either the front surface or the back surface superimposed on the plane of the reference plate The method for measuring a three-dimensional dimension according to claim 7, further comprising the step of photographing the position measurement camera for photographing an image including both objects.
前記視点位置演算ステップは、前記探査領域内の前記取付け具の形状を画像認識して前記取付け具の位置に関わる2次元座標位置に基づき、前記3次元計測カメラの撮影位置である複数の前記視点位置を演算することを特徴とする請求項7または8に記載の3次元寸法を計測する方法。 The exploration area specifying step includes the step of teaching input the exploration area including the position of the fixture to be measured,
In the viewpoint position calculating step, a plurality of the viewpoints that are photographing positions of the three-dimensional measurement camera based on a two-dimensional coordinate position related to the position of the fixture by recognizing the shape of the fixture in the exploration area. The method for measuring a three-dimensional dimension according to claim 7 or 8, wherein a position is calculated.
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