JP6410861B2 - 計測装置、処理装置および物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置、処理装置および物品製造方法に関する。

近年、各種の物品の製造工程において、従来は人間が行っていた作業の一部をロボットが行うようになりつつある。例えば、パターン光を生成する照明部と撮像部とを備えたセンサをロボットアームの先端に搭載し、ロボットアームを動作させながら、センサによって取得した部品の画像に基づいて部品の位置を推定する技術がある。この技術では、センサは、該センサが有するローカル座標系（以下、センサ座標系）における物体（部品）の位置および姿勢を計測する。そして、センサ座標系における物体の位置および姿勢と、グローバル座標系（以下、ロボット座標系）におけるセンサの位置および姿勢とに基づいて、ロボット座標系における物体の位置および姿勢を計測することができる。よって、センサによる物体の位置および姿勢の計測と、センサの位置および姿勢の取得とを同時刻に行う必要がある。

特許文献１および特許文献２には、物体を撮像する撮像手段の合焦位置を変化させながら撮像した複数の画像情報に基づいてコントラスト式のオートフォーカスサーチを行う画像測定装置が開示されている。特許文献１に開示された画像測定装置は、撮像タイミングと合焦位置の取得タイミングとのずれ量を求め、そのずれ量に基づいて合焦位置を補正する。特許文献２に開示された画像測定装置は、撮像手段および合焦位置を制御する位置制御手段のいずれか一方から他方に出力されるトリガ信号に基づいて合焦位置を取得する。

特許第５７４０６４９号公報 特開２０１２−１６８１３５号公報

物体を照明部によって照明しながら撮像部によって撮像した画像に基づいて物体の位置を計測する計測装置では、照明部に物体を照明させる照明期間と撮像部に物体を撮像させる撮像期間とを一致させることは難しい。これは、照明部の応答性と撮像部の応答性とが異なるからである。ここで、照明期間と撮像期間とが一致しない場合においては、いずれかの期間に応じてセンサの位置および姿勢の取得タイミングを決定すると、計測装置による物体の計測タイミングとセンサの位置および姿勢の取得タイミングとの間に同期誤差が生じる。このような同期誤差が存在すると、ロボット座標系における物体の位置を正確に把握することができない。特許文献１および特許文献２では、このような同期誤差が生じうることは想定されていない。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、同期誤差の低減に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、物体を照明する照明部と該照明部によって照明された前記物体を撮像する撮像部とを備えるセンサと、前記照明部および前記撮像部を制御することにより前記物体の位置を求めるセンサ制御部とを有し、前記センサがロボットに取付けられて移動する計測装置において、前記センサ制御部は、前記照明部に前記物体を照明させる照明期間と前記撮像部に前記物体を撮像させる撮像期間とが重複する期間である計測期間において、前記ロボットを制御するロボット制御部に前記センサの位置情報を取得させるための信号を出力し、前記センサ制御部は、前記センサによって得られた画像、及び、前記ロボット制御部で取得された前記センサの位置情報に基づいて前記物体の位置を求める。

本発明によれば、同期誤差の低減に有利な技術を提供する。

本発明の一実施形態の処理装置の構成を示す図。 本発明の第１実施形態の処理装置の構成を示す図。 本発明の第１実施形態の処理装置の動作を示すタイミングチャート。 本発明の第２実施形態の処理装置の動作を示すタイミングチャート。 本発明の第３実施形態の処理装置の構成を示す図。 本発明の第３実施形態の処理装置の動作を示すタイミングチャート。 本発明の第４実施形態の処理装置の構成を示す図。 本発明の第４実施形態の処理装置の動作を示すタイミングチャート。 本発明の第５実施形態の処理装置の構成を示す図。 本発明の第６実施形態の処理装置の構成を示す図。 本発明の第６実施形態の処理装置の１つの動作を示すフローチャート。 本発明の第６実施形態の処理装置の他の動作を示すフローチャート。

以下に、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

［第１実施形態］
図１には、本発明の一実施形態の処理装置１の構成が示されている。処理装置１は、物体５００を認識し物体５００に処理を行う。物体５００を処理することは、例えば、物体５００を保持（例えば、把持）すること、操作（例えば、移動または回転）すること、検査すること、他の物体に固定すること、または、物理的又は化学的に変化させることなどを含みうる。

処理装置１は、物体５００を計測する計測装置７００と、計測装置７００による計測結果に基づいて物体５００を処理するロボットシステム８００とを備えうる。計測装置７００は、センサ１００と、センサ１００を制御したりセンサ１００から供給される情報を処理したりするコンピュータ２００（演算部）とを含みうる。コンピュータ２００の機能の全部または一部は、センサ１００に組み込まれてもよい。物体５００を計測することは、例えば、物体５００の位置を計測すること、または、物体５００の位置および姿勢を計測することを含みうる。ロボットシステム８００は、物体５００を処理するハンド３１０を有するロボット３００と、ロボット３００を制御するロボットコントローラ４００とを含みうる。

センサ１００は、ロボット３００のハンド３１０に固定されうる。ロボット３００は、例えば、ハンド３１０を複数軸（例えば６軸）に関して操作可能であり、また、ハンド３１０によって保持された物体５００を複数軸（６軸）に関して操作可能である。ロボット３００は、ハンド３１０の複数軸の制御量を出力するエンコーダを含みうる。エンコーダの出力は、ロボットコントローラ４００がロボット３００のハンド３１０を制御するために使用されうる他、センサ１００の位置および姿勢を取得するために使用されうる。

計測装置７００は、物体５００の距離画像を生成し、距離画像に基づいて物体５００上の三次元点群の座標データを生成する。あるいは、計測装置７００は、物体５００の距離画像を生成し、距離画像にモデルフィッティングを施すことにより、物体５００の位置および姿勢を検出する。あるいは、計測装置７００は、物体５００の濃淡画像を生成し、濃淡画像にモデルフィッティングを施すことにより、物体５００の位置および姿勢を検出する。あるいは、計測装置７００は、物体５００の距離画像および濃淡画像を生成し、距離画像および濃淡画像の双方に基づいて物体５００の位置および姿勢を検出する。なお、計測装置７００は、物体５００の姿勢を検出する必要がない場合は、物体５００の位置のみを検出するように構成されうる。

距離画像は、例えば、センサ１００の照明部からのパターン光によって照明された物体５００をセンサ１００の撮像部で撮像した撮像画像から三角測量の原理に基づいて計算される距離値を有する。このような方式は、アクティブステレオ方式と呼ばれる。距離画像は、一枚の撮像画像から生成されてもよいし、同時刻に撮像された複数枚の撮像画像に基づいて生成されてもよい。一枚の撮像画像に基づいて距離画像を生成する方式としては、例えば、符号化されたドットラインパターンを物体５００に投影し、物体５００を撮像する方式がある。

センサ１００は、センサ１００で撮像した画像に基づいてセンサ座標系における物体５００の位置および姿勢を計測することができる。ロボットシステム８００は、ロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢を取得することができる。センサ座標系における物体５００の位置および姿勢を表す行列Ｔｒ_ＷＳ、ロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢を表す行列Ｔｒ_ＳＲとを使って、ロボット座標系における物体５００の位置および姿勢Ｔｒ_ＷＲを式（１）に従って計算することができる。

ここで、センサ１００は、ロボット３００のハンド３１０の先端にマウンタなどを介して取り付けられうる。よって、マウンタ座標系におけるセンサ１００の位置姿勢をＴｒ_ＳＭ、ロボット座標系におけるマウンタの位置姿勢をＴｒ_ＭＲとすると、式（１）のＴｒ_ＳＲは、Ｔｒ_ＳＭとＴｒ_ＭＲの積と等価である。すなわち、ロボット座標系における物体５００の位置および姿勢Ｔｒ_ＷＲは、Ｔｒ_ＳＭおよびＴｒ_ＭＲを使って式（２）に従って計算することもできる。

なお、センサ１００とマウンタとの位置関係は、センサ１００の設置時に行うキャリブレーションで知ることができる。更に、ロボット座標系におけるマウンタの位置姿勢は、ロボット３００の各軸のエンコーダの出力に基づいて知ることができる。式（１）あるいは（２）の演算は、コンピュータ２００で実行されてもよいし、センサ１００で実行されてもよいし、ロボットコントローラ４００で実行されてもよい。

処理装置１では、ロボット３００がハンド３１０を移動させることによってセンサ１００を物体５００に対して相対的に移動させながら、センサ１００によって物体５００が撮像される。コンピュータ２００は、センサ１００によって撮像された画像に基づいて、センサ座標系における物体５００の位置および姿勢を検出する。一方、ロボットコントローラ４００は、ロボット３００のエンコーダからの出力に基づいて、ロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢を取得する。ロボットコントローラ４００は、ロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢と、センサ座標系における物体５００の位置および姿勢に基づいて、ロボット座標系における物体５００の位置および姿勢を計算することができる。ロボットコントローラ４００は、ロボット座標系における物体５００の位置および姿勢に基づいて、物体５００をピッキングするようロボット３００を制御する。

センサ１００では、照明部がパターン光で物体５００を照明し、撮像部がそのパターン光を撮像する。撮像された画像は、センサ１００からコンピュータ２００に供給され、コンピュータ２００は、この画像を処理することによって距離画像を生成し、この距離画像に基づいて物体５００の位置および姿勢を計算しうる。このような方式では、センサ１００の照明部に物体５００を照明させる照明期間と撮像部に物体５００を撮像させる撮像期間とが重複する期間である計測期間（重複期間）が、計測装置７００における物体５００の計測に寄与する。つまり、計測期間において、撮像部の各画素の光電変換部に入射したパターン光の光電変換がなされ、これによって生成される電荷が蓄積される。撮像期間であっても照明期間でなければ、パターン光の光電変換がなされず、照明期間であっても撮像期間でなければ、パターン光の光電変換がなされない。

物体５００に対してセンサ１００（ハンド３１０）が相対的に移動している場合、計測期間中に撮像部の撮像面に形成されるパターン光の像（この像は移動する）が撮像部によって撮像される。物体５００に対するセンサ１００の相対的な移動が等速であると見做せる場合、コンピュータ２００は、計測期間における物体５００の位置および姿勢のそれぞれの平均値を算出する。計測期間における物体５００の位置および姿勢のそれぞれの平均値は、計測期間の中間点（計測中心時刻）における物体５００の位置および姿勢と一致する。

ロボットコントローラ４００は、計測装置７００によるセンサ座標系における物体５００の位置および姿勢の計測タイミングとロボットコントローラ４００によるロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢の取得タイミングとを同期させる必要がある。そこで、ロボットコントローラ４００は、計測期間の中間点のタイミングで、ロボットコントローラ４００によるロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢を取得する。

ここで、参考として、同期誤差による計測誤差を例示する。例えば、計測装置７００によるセンサ座標系における物体５００の位置および姿勢の計測タイミングと、ロボットコントローラ４００によるロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢の取得タイミングとの間の同期誤差が１ミリ秒であるものとする。この場合、ロボット３００のハンド３１０を移動させることによってセンサ１００が１メートル／秒で移動するとすれば、ロボット座標系に変換された物体５００の位置には、１ミリメートルの誤差が存在する。

図２には、本発明の第１実施形態における処理装置１の構成が示されている。処理装置１は、計測装置７００およびロボットシステム８００を備えうる。計測装置７００は、センサ１００を含み、アクティブステレオ方式で物体５００の位置および姿勢を取得する。なお、物体５００の姿勢を取得する必要がない場合には、計測装置７００は、物体５００の位置のみを取得する。

センサ１００は、物体５００をパターン光で照明する照明部１０と、パターン光で照明された物体５００を撮像する撮像部２０と、照明部１０および撮像部２０を制御する制御部３０とを備えうる。制御部３０は、照明部１０に物体５００を照明させる照明期間と撮像部２０に物体５００を撮像させる撮像期間とが重複する期間である計測期間に応じて決定されるタイミングを示すタイミング情報として、計測時刻信号を出力する。計測装置７００は、センサ１００の他、コンピュータ２００（演算部）を備えうる。コンピュータ２００は、例えば、センサ１００の撮像部２０から供給される画像に基づいて物体５００の距離画像を生成し、該距離画像に基づいて物体５００の位置および姿勢を取得する。

照明部１０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源と、光源からの光を使ってパターン光を生成するためのマスクと、パターン光を投影する光学系と、光源を駆動するための駆動回路とを含みうる。マスクは、物体５００に投影すべきパターンが描画された部材であり、例えば、ガラス基板にクロムメッキで遮光部を形成することによって構成されうる。マスクを用いる代わりには、ＤＭＤ（Ｄｉｇｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）または液晶パネルが採用されてもよい。

撮像部２０は、撮像素子と、パターン光で照明された物体５００の像を撮像素子の撮像面に形成する結像光学系とを含みうる。撮像素子は、ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子等でありうる。ＣＭＯＳ撮像素子を採用する場合、グローバルシャッタ方式のＣＭＯＳ撮像素子であることが望ましい。ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳ撮像素子では、行ごとに撮像期間（計測期間）が異なるので、誤差要因となりうる。

制御部３０は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）で構成されうる。制御部３０は、コンピュータ２００によって設定される照明時間および撮像時間などの計測パラメータに基づいて、照明部１０および撮像部２０を制御する。

照明時間および撮像時間などの計測パラメータの設定は、コンピュータ２００が行ってもよいし、ロボットコントローラ４００が行ってもよい。あるいは、物体５００の位置および姿勢の計測に先立ってプリ計測を行い、プリ計測の結果に基づいて制御部３０が照明時間および撮像時間を設定してもよい。計測パラメータは、物体５００の反射率に応じて設定されうる。例えば、物体５００が金属のように反射率が高い物体である場合は、照明期間および撮像期間は短い時間を有するように設定され、逆に反射率が低い黒色の物体である場合は、照明期間および撮像期間は長い時間を有するように設定されうる。

制御部３０は、例えば、ロボットコントローラ４００から提供される計測トリガに応答して、照明部１０による照明および撮像部２０による撮像の制御を開始するように構成されうる。あるいは、制御部３０は、ロボットコントローラ４００からコンピュータ２００を経由して提供される計測トリガに応答して、照明部１０による照明および撮像部２０による撮像の制御を開始するように構成されうる。

コンピュータ２００から制御部３０に対して計測パラメータを送信するため、コンピュータ２００と制御部３０とは、例えば、ＥｔｈｅｒｎｅｔまたはＲＳ−２３２Ｃ等のインターフェースによって接続されうる。ロボットコントローラ４００から制御部３０に対して計測トリガを提供するために、ロボットコントローラ４００と制御部３０とは、例えば、フォトカプラ等のインターフェースによって接続されうる。照明部１０の動作を制御するため、制御部３０と照明部１０とは、例えば、照明信号を伝送するデジタル信号線で接続され、制御部３０は、例えば、照明信号をアクティブレベルにするかどうかによって照明部１０による照明動作を制御しうる。制御部３０と撮像部２０とは、例えば、撮像信号を伝送するデジタル信号線で接続され、制御部３０は、撮像信号をアクティブレベルにするかどうかによって撮像部２０による撮像動作を制御しうる。

制御部３０は、計測装置７００による物体５００の位置および姿勢の計測タイミングと、ロボットコントローラ４００によるセンサ１００の位置および姿勢の取得タイミングとを同期させるために計測時刻信号をロボットコントローラ４００へ送信する。ここで、計測時刻信号は、計測期間に応じて決定されるタイミングを示す信号（タイミング情報）であり、より具体的には、計測期間の中間点のタイミングを示す信号である。

以下、図３のタイミングチャートを参照しながら第１実施形態の処理装置１の動作を説明する。ロボットコントローラ４００から出力された計測トリガ（３−ａ）は、ロボットコントローラ４００と制御部３０との間のインターフェースを構成するインターフェース回路および通信路で発生する伝達遅延時間τ１の後に制御部３０によって受信される。制御部３０は、計測トリガ（３−ａ）の受信に応答して、計測のための制御を開始する。具体的には、制御部３０は、計測トリガ（３−ａ）の受信に応答して、照明信号（３−ｂ）を照明期間にわたってアクティブレベルにし、また、撮像信号（３−ｃ）を撮像期間にわたってアクティブレベルにする。一例として、ロボットコントローラ４００とセンサ１００との間のインターフェースを構成する通信路のケーブル長が１０ｍである場合、伝達遅延時間τ１は、インターフェース回路における伝達遅延が支配的であり、例えば数十μｓ程度である。

ここで、制御部３０が照明部１０に物体５００を照明させる照明期間（照明信号をアクティブレベルに維持する期間）をＴ_Ｌとする。また、制御部３０が撮像部２０に物体５００を撮像させる撮像期間（撮像信号をアクティブレベルに維持する期間）をＴ_Ｅとする。照明信号をアクティブレベルに遷移させるタイミングと撮像信号をアクティブレベルに遷移させるタイミングとの差をΔｔとする。Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｅ、Δｔは、計測パラメータとしてコンピュータ２００によって予め設定されうる。図３に例示されるように、撮像期間Ｔ_Ｅよりも照明期間Ｔ_Ｌを長くする設定は、例えば、照明部１０の動作状態の切り替えに要する時間よりも撮像部２０の動作状態の切り替えに要する時間が短い場合に有用である。Δｔは、例えば、照明部１０が発生する照明光が安定するために要する時間を考慮して設定されうる。照明期間および撮像期間は、図３の例に限定されるものではなく、種々の関係が想定されうる。

前述のように、照明部１０に物体５００を照明させる照明期間Ｔ_Ｌと撮像部２０に物体５００を撮像させる撮像期間Ｔ_Ｅ（露光期間）とが重複する期間である計測期間Ｔ（３−ｄ）が計測装置７００における物体５００の計測に寄与する。そこで、制御部３０は、計測期間Ｔの中間点（以下、計測中心時刻）において、計測時刻信号（３−ｆ）をアクティブレベルに遷移させる。計測時刻信号（３−ｆ）は、この例ではパルス信号である。計測時刻信号の出力は、計測期間Ｔに応じて決定されるタイミングを示すタイミング情報を出力する方法の一例である。

制御部３０は、計測期間Ｔの開始後からタイマによってＴ／２の期間を計測し（３−ｅ）、Ｔ／２の期間を経過した時刻においてロボットコントローラ４００へ計測時刻信号（３−ｆ）を出力しうる。なお、Ｔ／２の期間を計測するタイマは、例えば、照明信号と撮像信号との論理積で動作するよう構成されうる。Ｔ／２の期間は、照明期間Ｔ_Ｌ、撮像期間Ｔ_Ｅ、照明と撮像の開始タイミングの差Δｔを用いて式（３）に従って計算されうる。なお、Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｅ、Δｔの値、すなわち、照明信号と撮像信号の開始タイミングと終了タイミングに応じてＴ／２の値は異なる。

Ｔ／２は、コンピュータ２００で計算され、制御部３０に対して計測パラメータと一緒に送信されてよいし、制御部３０で計算されてもよい。制御部３０とロボットコントローラ４００とは、例えば、フォトカプラを用いたインターフェース回路およびケ−ブルで接続されうる。制御部３０から送信される計測時刻信号は、インターフェース回路およびケ−ブルで発生する伝達遅延時間τ２の後にロボットコントローラ４００で受信されうる。例えば、センサ１００とロボットコントローラ４００とを接続するケーブル長が１０ｍである場合、伝達遅延時間τ２は、インターフェース回路における伝達遅延が支配的であり、例えば数十μｓ程度である。ロボットコントローラ４００は、計測時刻信号に応答して、ロボット座標系におけるセンサ１００の位置および姿勢（３−ｇ）を取得する。

以上のように、制御部３０は、計測中心時刻において計測時刻信号を制御部３０がロボットコントローラ４００へ送信する。これにより、センサ１００による物体５００の位置および姿勢の計測とロボットコントローラ４００によるセンサ１００の位置および姿勢の取得とを同期させることができる。

図２を参照しながら計測装置７００の構成について説明する。撮像部２０が撮像した画像はコンピュータ２００へ送信され、コンピュータ２００は、その画像に基づいて距離画像を生成し、モデルフィッティングを行うことで物体５００の位置および姿勢を検出する。撮部段２０からコンピュータ２００へ画像を送信するため、撮像部２０とコンピュータ２００とは、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔで接続されうる。あるいは、撮像部２０とコンピュータ２００とは、ＣａｍｅｒａＬｉｎｋまたはＵＳＢ３．０などの他のインターフェースによって接続されてもよい。

コンピュータ２００によって計算された物体５００の位置および姿勢は、ロボットコントローラ４００へ送信され、ロボットアーム３００の駆動制御のための入力データの１つとして用いられる。コンピュータ２００からロボットコントローラ４００へ物体５００の位置および姿勢を送信するため、コンピュータ２００とロボットコントローラ４００とは、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔなどのインターフェースによって接続されうる。

計測装置１では、設定された照明時間Ｔ_Ｌと、撮像時間Ｔ_Ｅと、照明と撮像の開始時刻の差Δｔとに基づいて、制御部３０が計測動作を制御する。また、計測装置１は、計測中心時刻（計測期間Ｔの中間点）において、計測時刻信号をロボットコントローラ４００へ出力する。これにより、ロボットコントローラ４００は、計測中心時刻を基準（トリガ）としてセンサ１００の位置および姿勢を取得することができる。したがって、センサ１００による物体５００の位置および姿勢の計測と、ロボットコントローラ４００によるセンサ１００の位置および姿勢の取得とを同期させることができる。

[第２実施形態]
以下、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図４のタイミングチャートを参照しながら第２実施形態の処理装置１の動作を説明する。第１実施形態では、センサ１００による物体５００の位置および姿勢の計測と、ロボットコントローラ４００によるセンサ１００の位置および姿勢の取得との間に、計測時刻信号の伝達遅延時間τ２による同期誤差が発生する。そこで、第２実施形態では、計測期間Ｔの中間点（計測中心時刻）よりも伝達遅延時間τ２だけ前の時刻において、制御部３０がロボットコントローラ４００へ計測時刻信号を出力する。

ここで、伝達遅延時間τ２は、制御部３０とロボットコントローラ４００との間のインターフェース回路およびケーブルで発生する信号遅延に起因する。更に、ロボットコントローラ４００が計測時刻信号を受信してから位置および姿勢の取得を実行するまでの遅延（例えば、ソフトウェア起因の遅延）が含まれる場合もありうる。

図４に示されるように、計測制御部３０は、計測中心時刻（計測期間Ｔの中間点）よりも伝達遅延τ２だけ前の時刻において、計測時刻信号をロボットコントローラ４００へ出力する。すなわち、制御部３０は、計測期間Ｔの開始後からタイマで（Ｔ／２−τ２）の期間を計測し（４−ｅ）、（Ｔ／２−τ２）の期間が経過した時刻でロボットコントローラ４００へ計測時刻信号（４−ｆ）を出力する。（Ｔ／２−τ２）は、照明時間Ｔ_Ｌ、撮像時間Ｔ_Ｅ、照明と撮像の開始時刻の差Δｔ、伝達遅延τ２（オフセット値）を用いて式（４）に従って計算されうる。これは、式（３）で与えられるタイミングを伝達遅延τ２（オフセット値）を使って補正することとして理解されうる。

なお、伝達遅延時間τ２は、例えば、実際に制御部３０から信号を送信し、その送信時刻とロボットコントローラ４００で信号を受信した受信時刻とに基づいて決定することができる。伝達遅延時間τ２は、コンピュータ２００に予め設定されうる。また、（Ｔ／２−τ２）は、コンピュータ２００で計算され、制御部３０に対して計測パラメータと一緒に送信されてもよいし、コンピュータ２００から制御部３０に対してτ２が送信され、制御部３０で計算されてもよい。第２実施形態によれば、第１実施形態よりも同期誤差を低減することができる。

以上のように、制御部３０は、計測期間Ｔに応じて決定されるタイミング（計測期間Ｔの開始からＴ／２のタイミング）を予め設定されたオフセット値（τ２）に従って補正して得られるタイミングを示す情報として計測時刻信号を生成する。

[第３実施形態]
以下、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図５には、本発明の第３実施形態における処理装置１の構成が示されている。図６には、本発明の第３実施形態における処理装置１の動作が示されている。第３実施形態では、第１実施形態におけるセンサ１００、コンピュータ２００、ロボットコントローラ４００がセンサ１００ａ、コンピュータ２００ａ、ロボットコントローラ４００ａによってそれぞれ置き換えられている。また、センサ１００ａでは、第１実施形態における制御部３０が制御部３０ａによって置き換えられている。

第３実施形態では、計測装置７００からロボットコントローラ４００ａ（ロボットシステム８００）へ、センサ座標系における物体５００の位置および姿勢の情報と共に、タイミング情報として、タイムスタンプ（時刻情報を示すデジタルデータ）を送信する。タイムスタンプを受信したロボットコントローラ４００ａは、タイムスタンプで示された時刻におけるロボット座標系でのセンサ１００ａの位置および姿勢を取得する。ロボットコントローラ４００ａは、例えば、ロボットアーム３００の駆動プロファイルに基づいてセンサ１００ａの位置および姿勢を取得することができる。あるいは、ロボットコントローラ４００ａは、ロボット３００のアーム３１０の駆動のために一定のサンプリング間隔で取得しているエンコーダの出力値を内挿することで、センサ１００ａの位置および姿勢を取得してもよい。なお、計測装置７００とロボットシステム８００とにおいて、時計が与える時刻が互いに一致していることが望ましいが、互いの時刻のずれを認識することができるように構成されてもよい。

第３実施形態は、例えば、ロボット座標系における物体５００の位置および姿勢を示す情報がリアルタイムに必要ではない状況において利用されうる。制御部３０ａは、例えば、ロボットコントローラ４００ａから提供される計測トリガに応答して、照明部１０による照明および撮像部２０による撮像の制御を開始するように構成されうる。あるいは、制御部３０ａは、ロボットコントローラ４００からコンピュータ２００を経由して提供される計測トリガに応答して、照明部１０による照明および撮像部２０による撮像の制御を開始するように構成されうる。

照明期間Ｔ_Ｌ、撮像時間Ｔ_Ｅなどの計測パラメータの設定は、コンピュータ２００ａが行ってもよいし、ロボットコントローラ４００ａが行ってもよい。あるいは、物体５００の位置および姿勢の計測に先立ってプリ計測を行い、プリ計測の結果に基づいてセンサ１００ａが計測パラメータを決定し設定しもよい。また、計測中において光量モニタ回路（不図示）の出力に応じてリアルタイムに照明期間Ｔ_Ｌおよび撮像期間Ｔ_Ｅが変更されてもよい。あるいは、計測中に実施する特定の処理が終わるまで、照明動作や撮像動作の少なくともいずれか一方が継続されるように構成されてもよい。すなわち、設定された照明期間および撮像期間と、実際の照明期間および撮像期間とが異なっていてもよい。その他、照明期間および撮像期間は、種々の方法によって変更されうる。

計測中心時刻（計測期間Ｔの中間点）におけるセンサ１００ａの位置および姿勢をロボットコントローラ４００ａが取得するため、制御部３０ａは、タイミング情報として、タイムスタンプをコンピュータ２００ａへ送信する。そして、コンピュータ２００ａは、センサ座標系における物体５００の位置および姿勢と共にタイムスタンプをロボットコントローラ４００ａへ送信する。

以下、図６のタイミングチャートを参照しながら第３実施形態の処理装置１の動作を説明する。ロボットコントローラ４００から出力された計測トリガ（６−ａ）は、ロボットコントローラ４００ａと制御部３０ａとの間のインターフェースを構成するインターフェース回路および通信路で発生する伝達遅延時間τ１の後に制御部３０によって受信される。制御部３０ａは、計測トリガ（６−ａ）の受信に応答して、計測のための制御を開始する。具体的には、制御部３０ａは、計測トリガ（６−ａ）の受信に応答して、照明信号（６−ｂ）を照明期間Ｔ_Ｌにわたってアクティブレベルにし、また、撮像信号（６−ｃ）を撮像期間Ｔ_Ｅにわたってアクティブレベルにする。

図６に示された例では、撮像期間Ｔ_Ｅの終了の前に照明期間Ｔ_Ｌが終了する。このような制御は、撮像期間Ｔ_Ｅの終了後の画像の読出期間（不図示）において、照明部１０がオフされることによるノイズが撮像部２０から出力される画像のＳ／Ｎ比を低下させたり、転送される画像に乱れを生じさせたりしうることが問題になる場合に有用である。ただし、第３実施形態は、照明期間Ｔ_Ｌと撮像期間Ｔ_Ｅとの関係を特定の関係に制限するものではない。

前述のように、照明部１０に物体５００を照明させる照明期間Ｔ_Ｌと撮像部２０に物体５００を撮像させる撮像期間Ｔ_Ｅ（露光期間）とが重複する期間である計測期間Ｔ（６−ｄ）が計測装置７００における物体５００の計測に寄与する。そこで、制御部は、照明信号（６−ｂ）と撮像信号（６−ｃ）に基づいて、計測開始時刻の取得（６−ｅ）および計測終了時刻の取得（６−ｆ）を行う。この動作は、例えば、照明信号（６−ｂ）と撮像信号（６−ｃ）との論理積の立ち上がりおよび立ち下りに基づいて実行されうる。

その後、制御部３０ａは、計測開始時刻と計測終了時刻とに基づいて、計測中心時刻（計測期間Ｔの中間点）を計算する（６−ｇ）。そして、制御部３０ａは、計測中心時刻をタイムスタンプとしてコンピュータ２００ａへ送信し、コンピュータ２００ａは、センサ座標系における物体５００の位置および姿勢とともにタイムスタンプをロボットコントローラ４００ａへ送信する（６−ｈ）。ロボットコントローラ４００ａは、タイムスタンプで示された時刻におけるロボット座標系でのセンサ１００ａの位置および姿勢を取得する（６−ｉ）。

[第４実施形態]
以下、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図７には、本発明の第４実施形態における処理装置１の構成が示されている。図８には、本発明の第４実施形態における処理装置１の動作が示されている。第４実施形態では、第１実施形態におけるセンサ１００、コンピュータ２００、ロボットコントローラ４００がセンサ１００ｂ、コンピュータ２００ｂ、ロボットコントローラ４００ｂによってそれぞれ置き換えられている。また、センサ１００ｂでは、第１実施形態における照明部１０が第１照明部１２、第２照明部１４によって置き換えられ、第１実施形態における撮像部２０が第１撮像部２２、第２撮像部２４によって置き換えられている。また、第１実施形態における制御部３０が制御部３０ｂによって置き換えられている。第１照明部１２は、第１照明光で物体５００を照明し、第２照明部１４は、第２照明光で物体５００を照明する。

第４実施形態では、第１照明部１２および第１撮像部２２からなる第１組を使って物体５００の位置および姿勢が計測され、これと並行して、第２照明部１４および第２撮像部２４からなる第２組を使って物体５００の位置および姿勢が計測される。第１組および第２組の一方は、濃淡画像を撮像しその濃淡画像に基づいて物体５００の位置および姿勢を計測するために使用されうる。また、第１組および第２組の他方は、パターン光で照明して得られた画像に基づいて距離画像を生成しその距離画像に基づいて物体５００の位置および姿勢を計測するために使用されうる。

ここで、濃淡画像にモデルフィッティングを施した場合には、画像の奥行き方向の位置および姿勢の推定精度はあまり高くない。一方、距離画像にモデルフィッティングを施した場合には、画像の平面方向の位置および姿勢の推定精度はあまり高くない。そのため、濃淡画像と距離画像の両方を用いて高精度に位置および姿勢を推定する技術が有用である。しかし、両画像を得るための撮像において必要な光量が互いに異なるため、第１組および第２組において計測時間が互いに異なる場合がありうる。そこで、第４実施形態では、制御部３０ｂは、第１組における計測中心時刻と第２組における計測中心時刻とが差が許容範囲になるように、好ましくは両者が一致するように第１組および第２組を制御する。

制御部３０ｂは、第１照明信号によって第１組の第１照明部１２を制御し、第２照明信号によって第２組の第２照明部１４を制御する。また、制御部３０ｂは、第１撮像信号によって第１組の第１撮像部２２を制御し、第２撮像信号によって第２組の第２撮像部２４を制御する。制御部３０ｂは、第１組における計測中心時刻と第２組における計測中心時刻とが一致するように第１照明信号、第２照明信号、第１撮像信号および第２撮像信号を制御する。また、制御部３０ｂは、センサ１００ｂによる物体５００の位置および姿勢の計測と、ロボットコントローラ４００ｂによるセンサ１００ｂの位置および姿勢の取得との同期のために、計測中心時刻において計測時刻信号をロボットコントローラ４００ｂへ送信する。ここで、計測時刻信号は、第１照明信号および第１撮像信号によって決定される第１計測期間、ならびに、第２照明信号および第２撮像信号によって決定される第２計測期間に応じて決定されるタイミングを示すタイミング情報である。

以下、図８のタイミングチャートを参照しながら第４実施形態の処理装置１の動作を説明する。ロボットコントローラ４００ｂから出力された計測トリガ（８−ａ）は、ロボットコントローラ４００ｂと制御部３０ｂとの間のインターフェースを構成するインターフェース回路および通信路で発生する伝達遅延時間τ１の後に制御部３０ｂによって受信される。制御部３０ｂは、計測トリガ（８−ａ）の受信に応答して、計測のための制御を開始する。具体的には、制御部３０ｂは、計測トリガ（８−ａ）の受信に応答して、第１照明信号（８−ｂ）を第１照明期間Ｔ_Ｌ１にわたってアクティブレベルにし、また、第１撮像信号（８−ｃ）を第１撮像期間Ｔ_Ｅ１にわたってアクティブレベルにする。制御部３０ｂは、計測トリガ（８−ａ）の受信に応答して、第２照明信号（８−ｈ）を第２照明期間Ｔ_Ｌ２にわたってアクティブレベルにし、また、第２撮像信号（８−ｉ）を第２撮像期間Ｔ_Ｅ２にわたってアクティブレベルにする。

ここで、第１照明信号をアクティブレベルに遷移させるタイミングと第１撮像信号をアクティブレベルに遷移させるタイミングとの差をΔｔ１とする。また、第２照明信号をアクティブレベルに遷移させるタイミングと第２撮像信号をアクティブレベルに遷移させるタイミングとの差をΔｔ２とする。第１照明期間Ｔ_Ｌ１、第２照射期間Ｔ_Ｌ２、第１撮像期間Ｔ_Ｅ１、第２撮像期間Ｔ_Ｅ２、照明と撮像の開始時刻の差Δｔ１、Δｔ２は、計測パラメータとして予め設定される。

第１照明部１２に物体５００を照明させる第１照明期間Ｔ_Ｌ１と第１撮像部２２に物体５００を撮像させる撮像期間Ｔ_Ｅ１とが重複する期間である第１計測期間Ｔ１が第１組を使用した物体５００の計測に寄与する。また、第２照明部１４に物体５００を照明させる第２照明期間Ｔ_Ｌ２と第２撮像部２４に物体５００を撮像させる撮像期間Ｔ_Ｅ２とが重複する期間である第２計測期間Ｔ２が第２組を使用した物体５００の計測に寄与する。制御部３０ｂは、第１組における計測中心時刻と第２組における計測中心時刻とが一致するように第１組および第２組を制御する。図８に示された例では、制御部３０ｂは、第１照明信号と第２照明信号の開始時刻にΔｔ３の時間差を設ける。Δｔ３は、照明と撮像の開始時刻の差Δｔ１、Δｔ２、第１および第２計測期間Ｔ１、Ｔ２を用いて式（５）に従って計算されうる。

ここで、Ｔ１／２は、照明時間Ｔ_Ｌ１、撮像時間Ｔ_Ｅ１、照明と撮像の開始時刻の差Δｔ１を用いて式（６）に従って計算されうる。

同様に、Ｔ２／２は、照明時間Ｔ_Ｌ２、撮像時間Ｔ_Ｅ２、照明と撮像の開始時刻の差Δｔ２を用いて式（７）に従って計算されうる。

Δｔ３、Ｔ１／２、Ｔ２／２は、コンピュータ２００ｂで計算され、制御部３０ｂに対して計測パラメータと一緒に送信されてもよいし、制御部３０ｂで計算されてもよい。制御部３０ｂは、計測期間の開始後からタイマでＴ１／２の期間を計測し（８−ｅ）、Ｔ１／２の期間が経過した時刻においてロボットコントローラ４００ｂへ計測時刻信号を出力する（８−ｆ）。なお、Ｔ１／２の期間を計測するタイマは、第１照明信号と第１撮像信号との論理積で動作するよう構成されうる。計測時刻信号は、インターフェース回路およびケーブルで発生する伝達遅延時間τ２の後にロボットコントローラ４００ｂで受信されうる。ロボットコントローラ４００ｂは、計測時刻信号に応答して、ロボット座標系におけるセンサ１００ｂの位置および姿勢（８−ｇ）を取得する。なお、第２実施形態で述べた方法に従って、伝達遅延時間τ２により発生する同期誤差を低減してもよい。

以上のように、式（５）に従って動作タイミングを決定することで、第１組による計測中心時刻と第２組による計測中心時刻とを一致させることができる。更に、計測中心時刻において計測時刻信号をロボットコントローラ４００ｂへ送信することで、センサ１００ｂによる物体５００の位置および姿勢の計測と、ロボットコントローラ４００ｂによるセンサ１００ｂの位置および姿勢の取得とを同期させることができる。

第１撮像部１２および第２撮像部１４によって撮像された画像は、コンピュータ２００ｂへ送信され、コンピュータ２００ｂにおいて、これらの画像に基づいてセンサ座標系における物体５００の位置および姿勢が計算される。第４実施形態では、センサ１００ｂによる物体５００の位置および姿勢の計測とロボットコントローラ４００ｂによるセンサ１００ｂの位置および姿勢の取得とを同期させるために、制御部３０ｂからロボットコントローラ４００ｂへ計測時刻信号が出力される。しかし、第３実施形態のように、制御部３０ｂからロボットコントローラ４００ｂに対してタイムスタンプが出力されてもよい。

第４実施形態では、照明部および撮像部からなる組が２つ設けられているが、３つ以上の組が設けられてもよい。この場合においても、３つ以上の組の計測中心時刻の差が許容範囲になるように、好ましくは３つ以上の組の計測中心時刻が一致するように制御がなされ、また、計測中心時刻に応じて決定されるタイミングを示すタイミング情報（計測時刻情報）が出力されうる。

[第５実施形態]
以下、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態として言及しない事項は、第４実施形態に従いうる。図９には、本発明の第５実施形態における処理装置１の構成が示されている。第５実施形態では、第４実施形態におけるセンサ１００ｂ、コンピュータ２００ｂ、ロボットコントローラ４００ｂがセンサ１００ｃ、コンピュータ２００ｃ、ロボットコントローラ４００ｃによってそれぞれ置き換えられている。また、センサ１００ｃでは、第４実施形態における第１照明部１２、第２照明部１４が第１照明部１２ｃ、第２照明部１４ｃによって置き換えられている。第１照明部１２ｃは、第１照明光で物体５００を照明し、第２照明部１４ｃは、第２照明光で物体５００を照明する。

第５実施形態では、第１照明部１２ｃおよび第１撮像部２２ｃからなる第１組を使って物体５００の位置および姿勢が計測され、これと並行して、第２照明部１４ｃおよび第２撮像部２４ｃからなる第２組を使って物体５００の位置および姿勢が計測される。第１組および第２組の一方は、濃淡画像を撮像しその濃淡画像に基づいて物体５００の位置および姿勢を計測するために使用されうる。また、第１組および第２組の他方は、パターン光で照明して得られた画像に基づいて距離画像を生成しその距離画像に基づいて物体５００の位置および姿勢を計測するために使用されうる。

第４実施形態では、第１組および第２組の計測中心時刻の差を許容範囲に収めるために、好ましくは両者を一致させるために第１照明信号、第２照明信号、第１撮像信号および第２撮像信号のタイミングが制御される。一方、第５実施形態では、第１組の計測期間と第２組の計測期間とを同一にして、第１組および第２組の計測中心時刻を一致させる。そして、この計測期間に応じて、第１照明光の強度および第２照明光の強度が決定される。第１照明光の強度は、制御部３０ｃが第１照明部１２ｃに送る第１強度指令値によって制御され、第２照明光の強度は、制御部３０ｃが第２照明部１４ｃに送る第２強度指令値によって制御される。

制御部３０ｃは、共通の照明信号によって第１組の第１照明部１２および第２組の第２照明部１４を制御する。また、制御部３０ｃは、共通の撮像信号によって第１組の第１撮像部２２および第２組の第２撮像部２４を制御する。

一例として、推奨条件として、第１照明部１２ｃによる推奨照明時間が２０ｍｓで、第２照明部１４ｃによる推奨照明時間が１５ｍｓであり、第１撮像部２２による推奨撮像期間が１５ｍｓで、第２撮像部２４による推奨撮像期間が１０ｍｓである場合を考える。ここで、第１照明部１２ｃに対する推奨強度指令値は５０％、第２照明部１４ｃに対する推奨強度指令値は５０％であるものとする。また、第１照明部１２ｃおよび第１撮像部２２による推奨計測期間は１５ｍｓで、第２照明部１４ｃおよび第２撮像部２４による推奨計測期間は１０ｍｓであるものとする。

この例において、共通の照明時間および共通の撮像時間を短めに設定する方針で、共通の照明時間を１５ｍｓ、共通の撮像時間を１０ｍｓ、共通の計測時間を１０ｍｓに設定する場合を考える。この場合、第１組の第１撮像部２２で得られる画像の光量は推奨条件における光量の２／３に低下し、第２組の第２撮像部２４で得られる画像の光量は推奨条件における光量と等しい。そこで、その低下分を補うために、第１照明部１２ｃに対する第１強度指令値を推奨強度指令値５０％から７５％に変更する。また、第２照明部１４ｃに対する第２強度指令値については、推奨強度指令値５０％を維持する。これにより、第１組および第２組の計測中心時刻を一致させることができる。

制御部３０ｃは、センサ１００ｃによる物体５００の位置および姿勢の計測と、ロボットコントローラ４００ｃによるセンサ１００ｃの位置および姿勢の取得との同期のため、計測中心時刻において計測時刻信号をロボットコントローラ４００ｃへ送信する。ここで、制御部３０ｃからロボットコントローラ４００ｃに対して計測時刻信号を出力する代わりに、第３実施形態のように、制御部３０ｃからロボットコントローラ４００ｃに対してタイムスタンプを出力してもよい。

第５実施形態では、照明部および撮像部からなる組が２つ設けられているが、３つ以上の組が設けられてもよい。この場合においても、３つ以上の組の計測中心時刻を一致させることができる。

[第６実施形態]
以下、本発明の第６実施形態を説明する。第６実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図１０には、本発明の第６実施形態における処理装置１の構成が示されている。第６実施形態では、第１実施形態におけるセンサ１００がセンサ１００ｄによって置き換えられている。また、センサ１００ｄでは、第１実施形態における制御部３０が制御部３０ｄによって置き換えられ、また、加速度取得部４０が追加されている。加速度取得部４０は、センサ１００ｄ（照明部１０および撮像部２０）の加速度を取得する。

第１〜５実施形態においては、物体５００の位置および姿勢の計測は、ロボット３００のハンド３１０が等速で移動するものと見做して実施される。しかし、ロボット３００のハンド３１０が加速運動をする場合もある。加速運動には、速度が速くなる加速運動と、速度が遅くなる加速運動(減速運動）とがある。第６実施形態では、ロボット３００のハンド３１０（センサ１００ｄ）が加速運動を行っている場合においても、物体５００の位置および姿勢の計測とセンサ１００ｄの位置および姿勢の取得との間に生じる同期誤差を低減する。第６実施形態では、制御部３０ｄは、計測期間の他、センサ１００ｄ（照明部１０および撮像部２０）の加速度に応じてタイミング情報（計測中心時刻）を出力する。センサ１００ｄの加速は、加速度取得部４０によって取得される。

ここで、加速度取得部４０から出力される加速度の絶対値が閾値より小さい場合、即ち、センサ１００ｄが等速運動をしていると見做すことができる場合は、制御部３０ｄは、タイミング情報として計測中心時刻を出力しうる。しかし、加速度取得部４０から出力される加速度の絶対値が閾値より大きい場合、即ち、センサ１００ｄが等速運動をしていると見做すことができない場合は、計測中心時刻においてセンサ１００ｄの位置および姿勢を取得すると、同期誤差が生じうる。

例えば、パターン光で物体を照明するアクティブステレオ方式では、撮像された画像におけるパターン像の輝度値に対して重心検出またはピーク検出などの処理を施した後に距離画像が計算されうる。よって、センサ１００ｄが加速運動をしている状態で撮像を行うと、撮像された画像におけるパターン像が歪む。したがって、検出される重心またはピークの位置は、速度が増加する加速時においては、計測期間中の中間位置よりも計測開始位置側の位置に近づき、速度が減少する加速時（減速時）においては、計測終了位置側の位置に近づく。

以上を考慮すると、センサ１００ｄの加速運動に起因する同期誤差を低減するためには、加速度の絶対値が閾値より小さい場合にのみ物体５００の位置および姿勢を計測する方法が有用である。あるいは、センサ１００ｄの加速運動に起因する同期誤差を低減するためには、加速度に応じてセンサ１００ｄの位置および姿勢を取得するタイミングを調整する方法が有用である。

まず、図１１を参照しながら、加速度の絶対値が閾値より小さい場合にのみ物体５００の位置および姿勢を計測する動作を説明する。工程Ｓ１０１では、制御部３０ｄは、加速度取得部４０から加速度を取得する。ここで、加速度取得部４０は、ロボットコントローラ４００が有する加速度プロファイルを取得し、該加速度プロファイルに基づいてセンサ１００ｄ（ハンド３１０）の加速度を取得しうる。あるいは、加速度取得部４０は、ハンド３１０に備えられた加速度センサによって検出された加速度をロボットコントローラ４００から取得してもよい。あるいは、加速度取得部４０は、加速度センサを備え、該加速度センサの出力に基づいてセンサ１００ｄ（ハンド３１０）の加速度を取得しうる。

工程Ｓ１０２では、制御部３０ｄは、工程Ｓ１０１で取得した加速度の絶対値が予め設定された閾値より小さいかどうかを判断し、該絶対値が該閾値より小さい場合は、工程Ｓ１０３に進み、そうではない場合には工程Ｓ１０１に戻る。工程Ｓ１０１およびＳ１０２は、加速度の絶対値より小さくなるのを待って工程Ｓ１０３に進む処理として理解される。工程Ｓ１０３では、制御部３０ｄは、ロボットコントローラ４００から計測トリガを受信しているかどうかを判断し、受信している場合は、工程Ｓ１０４に進み、そうではない場合には工程Ｓ１０１に戻る。閾値は、例えば、事前に加速度をパラメータとして物体５００の位置および姿勢の計測を行い、許容される同期誤差に基づいて決定されうる。

工程Ｓ１０４では、制御部３０ｄは、計測のための制御を開始する。計測のための処理は、例えば、第１実施形態に従いうる。例えば、制御部３０ｄは、照明信号をアクティブレベルにし、また、撮像信号をアクティブレベルにする。工程Ｓ１０５では、制御部３０ｄは、計測中心時刻において計測時刻信号（タイミング信号）を出力する。

工程Ｓ１０３は、工程Ｓ１０１の前に実行されてよく、この場合、計測トリガを受信した場合に工程Ｓ１０１および工程Ｓ１０２が実行され、工程Ｓ１０２において加速度の絶対値が該閾値より小さいと判断した場合に工程Ｓ１０４が実行される。

次に、図１２を参照しながら、加速度に応じてセンサ１００ｄの位置および姿勢を取得するタイミングを調整する動作を説明する。まず、工程Ｓ２０１では、制御部３０ｄは、加速度取得部４０から加速度を取得する。工程Ｓ２０２は、制御部３０ｄは、ロボットコントローラ４００から計測トリガを受信しているかどうかを判断し、受信している場合は、工程Ｓ２０３に進み、そうではない場合には工程Ｓ２０１に戻る。なお、工程Ｓ２０２は、工程Ｓ２０１の前に実行されてもよく、この場合、計測トリガを受信した場合に工程Ｓ２０１が実行されうる。

工程Ｓ２０３では、制御部３０ｄは、計測のための制御を開始する。計測のための処理は、例えば、第１実施形態に従いうる。例えば、制御部３０ｄは、照明信号をアクティブレベルにし、また、撮像信号をアクティブレベルにする。

工程Ｓ２０４では、工程Ｓ２０１で取得した加速度の絶対値が予め設定された閾値より小さいかどうかを判断し、該絶対値が該閾値より小さい場合は、工程Ｓ２０５に進み、そうではない場合には工程Ｓ２０６に進む。加速度の絶対値が予め設定された閾値より小さい場合、工程Ｓ２０５において、制御部３０ｄは、計測中心時刻において計測時刻信号（タイミング信号）を出力する。

加速度の絶対値が予め設定された閾値より大きい場合、工程Ｓ２０６において、制御部３０ｄは、加速度が、速度が減少するものであるかどうかを判断する。そして、加速度が、速度が減少するものであれば工程Ｓ２０７に進み、加速度が、速度が増加するものであれば工程Ｓ２０８に進む。

加速度が、速度が低下するものである場合は、工程Ｓ２０７において、制御部３０ｄは、計測期間における中間点より後ろのタイミング（例えば、計測期間の終了タイミング）を示す情報をタイミング情報として出力する。具体的には、制御部３０ｄは、計測期間における中間点より後ろのタイミングで計測時刻信号を出力するように構成されうる。

一方、加速度が、速度が増加するものである場合は、工程Ｓ２０８において、制御部３０は、計測期間における中間点より前のタイミング（例えば、計測期間の開始タイミング）を示す情報をタイミング情報として出力する。具体的には、制御部３０ｄは、計測期間における中間点より前のタイミングで計測時刻信号を出力するように構成されうる。

工程Ｓ２０４の判断で使用する閾値は、例えば、事前に加速度をパラメータとして物体５００の位置および姿勢の計測を行い、撮像した画像におけるパターン像の重心またはピークがパターン像幅の中央からパターン像幅の１／４ずれる加速度にされうる。

上記の例では、絶対値が閾値より小さい加速度である場合、速度が減少する加速度である場合、速度が増加する加速度である場合のそれぞれに応じて、計測時刻信号の出力タイミング（タイミング情報）が決定される。計測時刻信号の出力タイミングをより細かく制御するために、加速度を複数の範囲に分割し、検出された加速度が複数の範囲のいずれに属するかに応じて計測時刻信号の出力タイミング（タイミング情報）が決定されてもよい。分割数は、許容される同期誤差、または、位置および姿勢の計測結果に対する加速度の影響の度合い（すなわち、位置および姿勢の計測のアルゴリズム）等を考慮して決定されうる。

加速度の他、加速度を積分して得られる速度に基づいて物体５００の位置および姿勢の計測タイミングが調整されてもよい。あるいは、速度と加速度に基づいて、センサ１００ｄの位置および姿勢の取得タイミングが調整されてもよい。例えば、計測期間中にセンサ１００ｄの視野範囲を超える速度および加速度が検出された場合、物体５００の位置および姿勢の計測に誤差が生じうる。そこで、そのような速度及び加速度が検出された場合は、物体５００の位置および姿勢の計測を行わないように構成されてもよい。あるいは、そのような速度及び加速度が検出された場合、その誤差を考慮してセンサ１００ｄの位置および姿勢の取得タイミングを調整するように構成されてもよい。

上記の実施形態では、計測装置７００は、ロボット３００のハンド３１０に固定されていて、ハンド３１０とともに移動する。本発明は、物体５００が移動することによって計測装置７００と物体５００との相対位置（および相対加速度）が変化する場合にも適用可能である。この場合、例えば、ロボットシステム８００に代えて、物体５００を移動させる移動機構が設けられうる。移動機構は、例えば、物体５００とともに移動するステージ等の可動体と、該可動体の移動を制御するコントローラとを含みうる。この場合、制御部３０ｄは、計測期間の他、該コントローラから提供されうる物体５００（可動体）の加速度の情報に応じてタイミング情報を出力するように構成されうる。

[補足]
センサとコンピュータとの間には、センサ側に搭載されたハブ（ＨＵＢ）、例えば、イーサネット（登録商標）スイッチングハブなどを設けて、計測パラメータと画像とを時分割で送受信することで、通信線を減らすこともできる。

[物品製造方法]
図１における物体５００は、物品の製造（加工）のための部品でありうる。ここで、当該部品は、ロボット３００により処理（例えば、加工、組付け、保持、移動）が行われる。また、ロボット３００は、ロボットコントローラ４００により制御される。ロボットコントローラ４００は、計測装置７００から物体５００の位置および姿勢の情報を受信し、当該情報に基づいてロボットアーム３００の動作を制御する。処理装置１は、計測装置７００によって物体５００の位置（または、位置および姿勢）を計測し、その計測結果に基づいてロボットシステム８００によって物体５００を処理し、これにより物体５００を含む物品を製造する製造装置として構成されうる。

処理装置１によって実施される物品製造方法は、計測装置７００が取り付けられたロボット３００を計測装置７００による計測結果に基づいて動作させながら物品を製造する。該物品製造方法は、計測装置７００によって物体５００（部品）の位置（又は、位置および姿勢）を計測する計測工程と、計測工程で得られた位置（又は、位置および姿勢）に基づいてロボット３００を制御する制御工程とを含みうる。該制御工程におけるロボット３００の制御は、物体を処理するための制御を含む。該処理は、当該処理は、例えば、加工、切断、搬送、組立（組付）、検査、および選別のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００：センサ、２００：コンピュータ（演算部）、３００：ロボット、４００：ロボットコントローラ、７００：計測装置、８００：ロボットシステム、１０：照明部、２０：撮像部、３０：制御部

Claims (22)

1. 物体を照明する照明部と該照明部によって照明された前記物体を撮像する撮像部とを備えるセンサと、前記照明部および前記撮像部を制御することにより前記物体の位置を求めるセンサ制御部とを有し、前記センサがロボットに取付けられて移動する計測装置において、
   前記センサ制御部は、前記照明部に前記物体を照明させる照明期間と前記撮像部に前記物体を撮像させる撮像期間とが重複する期間である計測期間において、前記ロボットを制御するロボット制御部に前記センサの位置情報を取得させるための信号を出力し、
   前記センサ制御部は、前記センサによって得られた画像、及び、前記ロボット制御部で取得された前記センサの位置情報に基づいて前記物体の位置を求める、ことを特徴とする計測装置。
2. 前記センサ制御部は、前記照明期間を示す照明信号を前記照明部に送り、前記撮像期間を示す撮像信号を前記撮像部に送り、前記ロボット制御部に前記センサの位置情報を取得させるための信号を前記照明信号および前記撮像信号に応じて生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記照明期間と前記撮像期間とが互いに異なる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記ロボット制御部に前記センサの位置情報を取得させるための信号は、前記センサの加速度に応じて生成される、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測装置。
5. 前記センサ制御部は、前記ロボット制御部から取得した情報に基づいて前記加速度を取得する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
6. 加速度センサを更に備え、
   前記センサ制御部は、前記加速度センサの出力に基づいて前記センサの加速度を取得する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
7. 前記センサ制御部は、前記計測期間において、前記物体の加速度に応じて、前記ロボット制御部に前記センサの位置情報を取得させるための信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記センサ制御部は、前記物体の移動を制御するコントローラから取得した情報に基づいて前記加速度を取得する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
9. 前記センサ制御部は、
   前記加速度が、速度が増加する場合は、前記計測期間における中間点より前のタイミングで前記信号を出力し、
   前記加速度が、速度が低下する場合は、前記計測期間における中間点より後ろのタイミングで前記信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の計測装置。
10. 前記センサ制御部は、前記加速度の絶対値が閾値より小さい場合は、前記計測期間における中間点に応じたタイミングで前記信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の計測装置。
11. 前記センサ制御部は、前記加速度の絶対値が閾値より小さい場合は、前記物体が撮像されるように前記照明部および前記撮像部を動作させる、
    ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の計測装置。
12. 前記センサ制御部は、前記加速度の絶対値が前記閾値より大きい場合は、前記照明部および前記撮像部を動作させない、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
13. 前記センサ制御部は、前記加速度の絶対値が閾値より小さい場合は、前記ロボット制御部から提供される計測トリガの受信に応じて前記物体が撮像されるように前記照明部および前記撮像部を動作させる、
    ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の計測装置。
14. 前記センサの位置情報を取得させるための信号は、パルス信号である、
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の計測装置。
15. 前記センサの位置情報を取得させるための信号は、時刻情報を示すデータを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の計測装置。
16. 前記センサ制御部は、少なくとも前記計測期間に応じて決定されたタイミングを予め設定されたオフセット値に従って補正して得られるタイミングを示す情報を前記センサの位置情報を取得させるための信号として生成する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の計測装置。
17. 前記照明部として、第１照明光で前記物体を照明する第１照明部、および、第２照明光で前記物体を照明する第２照明部を備え、前記撮像部として、前記第１照明光で照明された前記物体を撮像する第１撮像部、および、前記第２照明光で照明された前記物体を撮像する第２撮像部を備え、
    前記第１照明部と前記第１撮像部における計測中心時刻と、前記第２照明部と前記第２撮像部における計測中心時刻との差が許容範囲に収まるように、前記第１照明部と前記第１撮像部における計測タイミングおよび前記第２照明部と前記第２撮像部における計測タイミングとが決定されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の計測装置。
18. 前記照明部として、第１照明光で前記物体を照明する第１照明部、および、第２照明光で前記物体を照明する第２照明部を備え、前記撮像部として、前記第１照明光で照明された前記物体を撮像する第１撮像部、および、前記第２照明光で照明された前記物体を撮像する第２撮像部を備え、
    前記第１照明部と前記第１撮像部における計測中心時刻と、前記第２照明部と前記第２撮像部における計測中心時刻との差が許容範囲に収まるように、前記第１照明部と前記第１撮像部における計測期間および前記第２照明部と前記第２撮像部における計測期間と前記第１照明光の強度および前記第２照明光の強度とが決定される、
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の計測装置。
19. 前記物体を把持するハンドと該ハンドを移動させるアームとを有するロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御部と、
    請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の計測装置と、を備え、
    前記計測装置の前記センサは、前記ハンドに取り付けられ、
    前記ロボット制御部は、前記計測装置による計測結果および前記ハンドに取り付けられた前記センサの位置に基づいて前記ロボットを制御する、
    ことを特徴とする処理装置。
20. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の計測装置が取り付けられたロボットを前記計測装置による計測結果に基づいて動作させながら物品を製造する物品製造方法であって、前記計測装置によって物体の位置を計測する計測工程と、
    前記計測工程で得られた位置に基づいて前記ロボットを制御する制御工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。
21. 物体の位置を計測する計測装置と、該計測装置の計測結果に基づいて、前記物体を処理するロボットを制御するロボット制御部と、を備える処理装置であって、
    前記計測装置は、
    前記物体を照明する照明部と該照明部によって照明された前記物体を撮像する撮像部とを備えるセンサと、前記照明部及び前記撮像部を制御することにより、前記物体の位置を計測するために使用される前記物体の画像を取得するセンサ制御部とを有し、前記センサがロボットに取付けられて移動する計測装置において、
    前記センサ制御部は、前記照明部に前記物体を照明させる照明期間と前記撮像部に前記物体を撮像させる撮像期間とが重複する期間である計測期間において、前記ロボット制御部に前記センサの位置情報を取得させるための信号を出力し、
    前記ロボット制御部は、前記センサの位置情報を取得させるための信号に応じて前記センサの位置情報を取得し、
    前記センサ制御部は、前記センサによって得られた画像、及び、前記ロボット制御部が取得した前記センサの位置情報に基づいて前記物体の位置を求め、
    前記ロボット制御部は、前記センサ制御部が求めた前記物体の位置情報に基づいて前記ロボットを制御する、ことを特徴とする処理装置。
22. 前記ロボットは、前記物体を把持するハンドと該ハンドを移動させるアームを備え、
    前記ロボット制御部は、前記ロボット制御部が求めた前記物体の位置情報に基づいて、前記ハンドが前記物体を把持するように前記ハンドを制御することを特徴とする請求項２１に記載の処理装置。

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