JP6933608B2 - 視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム - Google Patents

視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム Download PDF

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Description

本発明は、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システムに関する。より詳しくは、産業機械を備える生産システムに設けられた視覚センサのレンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを監視する視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システムに関する。
対象物の搬送や加工を行うロボットや工作機械、対象物の良否を判定する検査装置等、各種の産業機械には、対象物の視覚に関する情報を得るための視覚センサが設けられている。例えば対象物を所定の位置から次の所定の位置まで搬送する搬送ロボットは、視覚センサによって得られた視覚情報に基づいて対象物の位置や姿勢を把握し、対象物を適切な位置で把持し、所定の位置まで搬送する。このような視覚センサおよび産業機械を備える生産システムにおいては、視覚センサのレンズに汚れが付着し、視覚センサによって望ましい画像が得られなくなった場合、この視覚センサによって得られた視覚情報を用いて制御される産業機械の機能が、適切に発揮できなくなるおそれがある。
例えば特許文献1には、生産システムにおいて、カメラのレンズ汚れを判定する手段を備え、レンズ汚れがあると判定された場合には、警報アラームを出力し、汚れと判定された領域の検出を禁止する技術が提案されている。
また、例えば特許文献2には、生産システムにおいて、ワークに設けられたマークの検出が不可能になった場合には、その原因として、ランプの劣化やビデオカメラのレンズの汚れ等が考えられるため、警告灯を点灯し、ランプの交換やビデオカメラの清掃等のメンテナンス時期であることを検出する技術が提案されている。
特開平6−148083号公報 特開平5−346307号公報
特許文献1に示される技術によれば、レンズ汚れがあると判定された場合には、警報アラームを出力するため、その警報アラームが出力されたタイミングが、レンズの清掃などのメンテナンスが必要なタイミングであると把握することができる。
また、特許文献2に示される技術によっても、ワークに設けられたマークの検出が不可能になった場合には警告灯が点灯するため、警告灯が点灯したタイミングが、ランプの交換やレンズの清掃等のメンテナンスが必要なタイミングであると把握することができる。
ところで生産システムにおいては、生産ラインの稼働率を低下しないようにメンテナンスを実施することが重要である。
しかしながら、特許文献1、2に示される技術においては、将来実施されるべき、視覚センサのレンズの清掃タイミングを予測することはできないため、アラームが出力される都度、レンズの清掃などのメンテナンスを実施する必要がある。このような対応は、生産ラインの稼働率の低下につながる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、将来実施されるべき、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの清掃タイミングを予測することが可能な、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システムを提供することにある。これにより、適切なタイミングでメンテナンスを実行することが可能となり、生産ラインの稼働率の低下を防ぐことができる。
(1)本発明に係る視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム(例えば、レンズ異常検出システム1)は、産業機械(例えば、ロボット5)またはその周辺に設置され、複数の画像を取得する視覚センサ(例えば、カメラ6)と、前記視覚センサによって取得された前記画像に基づいて、前記視覚センサのレンズまたはレンズカバーの汚れ度合い(例えば、汚れ指数)を算出する算出部(例えば、汚れ度合い算出部41を備える情報処理装置20)と、前記算出部によって算出された前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いに基づき、前記レンズまたはレンズカバーの将来実施されるべき予測清掃タイミングに関する情報を算出する予測部(例えば、清掃タイミング予測部43)と、を有する。
(2)(1)に記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値以下であるか否かを判定する判定部(例えば、汚れ度合い判定部42)と、前記予測清掃タイミングに関する情報を告知する告知部(例えば、表示装置23)と、前記産業機械の動作を停止させるための停止信号を出力する停止信号出力部(例えば、汚れ度合い判定部42を備える情報処理装置20)と、を更に備え、前記判定部による判定結果が前記閾値以下の場合には、前記告知部は、前記予測清掃タイミングに関する情報を告知し、前記判定部による判定結果が前記閾値を超えた場合には、前記停止信号出力部は、前記停止信号を出力してもよい。
(3)(1)または(2)に記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記算出部は、初期画像に基づく情報と、動作後画像に基づく情報との比較に基づき、レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出してもよい。
(4)(3)に記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記算出部は、初期画像の画素値に基づく二値化画像と、動作後画像の画素値に基づく二値化画像との差分に基づき、画像における汚れの領域を判定し、前記画像における汚れの領域の大きさに基づき、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出してもよい。
(5)(1)〜(4)のいずれかに記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する際に、前記視覚センサによって撮影される対象となる標準撮影対象部を更に備え、前記視覚センサおよび/または前記標準撮影対象部は、可動部(例えば、ロボット5)に固定されており、前記可動部は、前記標準撮影対象部が、前記視覚センサの撮影範囲に入るように動作可能であってもよい。
(6)(1)〜(4)のいずれかに記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する際に、前記視覚センサによって撮影される対象となる標準撮影対象部を更に備え、前記標準撮影対象部は、前記視覚センサの前記レンズまたはレンズカバーを覆うレンズキャップ(例えば、レンズキャップ12)であってもよい。
(7)(1)〜(6)のいずれかに記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記レンズまたはレンズカバーの予測清掃タイミングは、前記複数の画像の撮影タイミングおよび前記複数の画像の汚れ度合いに基づいて導出された関数と、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いの許容限界閾値とに基づいて算出されてもよい。
(8)(1)〜(7)のいずれかに記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、第1動作後画像における前記レンズまたはレンズカバーの第1の汚れ度合いと、前記第1動作後画像の後のタイミングに撮影された第2動作後画像における前記レンズまたはレンズカバーの第2の汚れ度合いとを比較し、この比較結果に基づき、レンズまたはレンズカバーの異常検出システムのリスタート処理を実行するリスタート処理実行部(例えば、リスタート処理実行部44)を更に備え、前記リスタート処理実行部は、前記第2の汚れ度合いが、前記第1の汚れ度合いに対して所定値以上低下した場合に、前記リスタート処理を実行してもよい。
(9)(1)に記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値を超えたか否かを判定する判定部(例えば、汚れ度合い判定部42)と、前記視覚センサにより撮影された画像中における、前記レンズまたはレンズカバーの汚れが軽微である使用可能領域を特定する使用可能領域特定部(例えば、使用可能領域特定部45)と、前記産業機械の動作の制御を行うための情報を出力する情報出力部(例えば、情報処理装置20)と、を更に備え、前記判定部による判定結果が前記閾値を超えた場合に、前記使用可能領域特定部は、前記使用可能領域を特定し、前記使用可能領域特定部により特定された使用可能領域が所定の大きさ以上である場合に、前記情報出力部は、前記産業機械の動作を継続させるための情報を出力し、前記使用可能領域が前記所定の大きさよりも小さい場合に、前記情報出力部は、前記産業機械の動作を停止させるための情報を出力してもよい。
(10)(8)に記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて前記視覚センサは、撮影位置を変化させるための可動部を備えており、前記使用可能領域が所定の大きさ以上である場合に、撮影対象物の少なくとも一部が前記使用可能領域内において撮影されるように、前記視覚センサの撮影位置を変化させるように前記可動部を動作させてもよい。
(11)(1)に記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおいて、前記産業機械および前記視覚センサの動作の制御を行うための情報を出力する情報出力部(例えば、情報処理装置20)を更に備え、前記視覚センサは、複数設けられており、前記算出部は、複数の前記視覚センサ(例えば、カメラ6a、6b、6c、6d)の前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いをそれぞれ算出し、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値を超えた視覚センサを検出した場合には、前記情報出力部は、当該視覚センサに代えて、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値以下である他の視覚センサを用いて撮影を継続させて、前記産業機械の動作を継続させるための情報を出力してもよい。
(12)本発明に係る視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出用プログラムは、産業機械(例えば、ロボット5)またはその周辺領域に設置され、複数の画像データを取得する視覚センサ(例えば、カメラ6)を備える、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム(例えば、レンズ異常検出システム1)における情報処理装置(例えば、情報処理装置20)を構成するコンピュータに、前記視覚センサによって撮影された前記画像データに基づいて、前記視覚センサのレンズまたはレンズカバーの汚れ度合い(例えば、汚れ指数)を算出する算出機能(例えば、汚れ度合い算出部41を備える情報処理装置20の機能)と、前記算出機能によって計測された前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いに基づき、前記レンズまたはレンズカバーの将来実施されるべき予測清掃タイミングに関する情報を算出する予測機能(例えば、清掃タイミング予測部43の機能)と、を実現させる。
本発明によれば、将来実施されるべき、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの清掃タイミングを予測することが可能な、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システムを提供することができる。これにより、適切なタイミングでメンテナンスを実行することが可能となり、生産ラインの稼働率の低下を防ぐことができる。
本発明の第1実施形態に係るカメラのレンズ異常検出システムが組み込まれた生産システムの全体構成を示す図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、演算装置の機能モジュールの構成を示す機能ブロック図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、カメラをキャップ状部材に近づけたときの拡大図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、カメラのレンズの汚れ度合いを算出する処理を説明するための図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、カメラのレンズの汚れ度合いを算出する処理を説明するための図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、カメラのレンズの汚れ度合いを算出する処理を説明するための図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、初期画像以降の画像が1枚の場合において、予測清掃タイミングを算出する方法を説明するためのグラフである。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、動作後画像が複数ある場合における、予測清掃タイミングを算出する方法を説明するためのグラフである。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、レンズ異常検出システムをリスタートする場合の処理を説明するためのグラフである。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、予測清掃タイミングの算出および告知を行う処理を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、演算装置の機能モジュールの構成を示す機能ブロック図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、撮影位置をずらす処理を説明するための図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、撮影位置をずらす処理を説明するための図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、撮影位置をずらす処理を説明するための図である。 本発明の第3実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、カメラおよび標準撮影対象部を備えるレンズキャップを示す概略図である。 本発明の第3実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、カメラおよび標準撮影対象部を備えるレンズキャップを示す概略図である。 上記実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、カメラにレンズキャップを装着した状態で撮影したときに得られる画像を示す図である。 本発明の第4実施形態に係るレンズ異常検出システムにおける、制御装置とカメラを示す図である。
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る視覚センサのレンズ異常検出システムが組み込まれた生産システムSの全体構成を示す図である。
生産システムSは、産業機械としてのロボット5と、このロボット5に設置された視覚センサとしてのカメラ6と、カメラ6の出力を処理して、レンズの汚れ具合を監視する処理などを実行する情報処理装置20と、情報処理装置20によって処理されたカメラ6の出力等の各種情報に基づいてロボット5およびカメラ6等を制御する制御装置30とを備える。
ここで、本実施形態においては、カメラ6および情報処理装置20が、本願発明のレンズ異常検出システム1を構成する。
ロボット5は、制御装置30から送信される制御信号に応じて、生産品の一部品である対象物としてのワークWを所定の位置で把持し、把持したワークWを次の所定の位置まで搬送する、一連の搬送動作を実行する搬送ロボットである。
カメラ6はロボット5に設置されており、制御装置30からの要求に応じてワークW等を撮影し、その画像信号を所定の周期で情報処理装置20へ送信する。
カメラ6は、レンズが保持されているレンズ保持部7を備えている。また、カメラ6には、ワークWに照明光を照射するための照明部8が設けられている。
情報処理装置20は、カメラ6の出力を処理する画像処理装置21と、画像処理装置21により処理された情報に基づいてカメラ6のレンズの汚れ度合いを監視するための演算を実行する演算装置22と、この演算装置22による演算結果をオペレータによって視認可能な態様で表示する告知部としての表示装置23と、後述する各種の機能を実現するためのプログラムおよび各種情報等を記憶する記憶装置24と、を備えたコンピュータによって構成されている。
画像処理装置21は、カメラ6から送信される画像信号に各種の処理を施す。画像処理装置21は、処理された情報を、所定の周期で制御装置30および演算装置22へ送信する。ここで、画像処理装置21から送信される情報には、例えば、後述する標準撮影対象部を撮影した画像情報、ワークWを含む画像情報、画像から検出されるワークWの検出位置およびその誤差に関する情報等が含まれる。
演算装置22は、画像処理装置21から送信される情報に基づいて、レンズの汚れ具合を監視する処理などを実行する。図2は、演算装置22の機能モジュールの構成を示す機能ブロック図である。
演算装置22は、汚れ度合い算出部41と、汚れ度合い判定部42と、清掃タイミング予測部43を備え、これらの機能モジュールを備えることにより、カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出し、将来実施されるべき、カメラ6のレンズの清掃タイミングを予測する。また、演算装置22は、後述するリスタート処理実行部44も備えている。以下、演算装置22における演算によって実現可能に構成された各機能モジュール41〜43の機能について順に説明する。
汚れ度合い算出部41は、画像処理装置21から送信された情報に基づいて、カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出する。この汚れ度合いの算出方法の詳細については、図3〜4を用いて後述する。そして、算出された汚れ度合いについての情報は、汚れ度合い判定部42に送信される。
汚れ度合い判定部42は、汚れ度合い算出部41によって算出された汚れ度合いが、所定の閾値を超えているか否かを判定する。汚れ度合いが閾値を超えている場合は、ロボット5等の産業機械による加工動作等の動作を停止させるための停止信号を制御装置30に送信する。ここで、情報処理装置20の汚れ度合い判定部42は、ロボット5等の動作を停止させるための停止信号を出力する停止信号出力部としての機能も果たす。
一方、汚れ度合いが閾値以下の場合には、予測清掃タイミングを算出するために、汚れ度合いに関する情報を清掃タイミング予測部43に送信する。
清掃タイミング予測部43は、汚れ度合い算出部41によって算出された汚れ度合いに基づいて、将来実施されるべき清掃タイミング、すなわち予測清掃タイミングを算出する。この予測清掃タイミングの算出方法の詳細については、図5〜7を用いて後述する。算出された予測清掃タイミングの情報は、表示装置23に送信される。
表示装置23は、清掃タイミング予測部43から送信された予測清掃タイミングの情報に基づき、カメラ6のレンズの予測清掃タイミングに関する情報を表示し、オペレータに告知する。
記憶装置24は、カメラ6から送信される画像信号、画像処理装置21により処理された情報、演算装置22により演算された情報等、種々の情報を保存する。
なお、カメラ6から送信される画像信号を一旦記憶装置24に保存し、この保存された画像信号を必要に応じて読み出して、上述の画像処理装置21や演算装置22による処理を実行する構成としてもよい。
制御装置30は、ロボット5およびカメラ6等を制御する。制御装置30は、情報処理装置20において処理された情報に基づいて、ロボット5に搬送動作を実行させるための制御信号を生成し、この制御信号をロボット5へ送信する。例えば、情報処理装置20において、画像から検出されるワークWの検出位置等の情報に基づいて位置補正情報が生成され、制御装置30は、この位置補正情報に応じた制御信号をロボット5へ送信する。これにより、ワークWとロボット5の位置関係が補正された状態でロボット5を制御することができる。
また、制御装置30は、カメラ6がワークW等を撮影するための制御信号を生成し、この制御信号をカメラ6へ送信する。
次に、図3〜4を用いて、カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出する処理について説明する。
図3は、図1に示されるロボット5のアームを動かして、カメラ6のレンズ保持部7を、標準撮影対象部を備えるキャップ状部材11に近づけたときの拡大図である。
キャップ状部材11は、ロボット5を固定している台座10に取り付けられている。カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出する際には、可動部としてのロボット5のアームを動かして、カメラ6によってキャップ状部材11の底部11aを撮影する。
ここで、ロボット5の基準位置とキャップ状部材11との位置関係は常に一定であるから、汚れ度合いを算出するための画像を取得する場合における、ロボット5のアームを動かす制御は、常に同じ場所に動かす制御とすればよい。よって、このときの制御は簡便である。
キャップ状部材11の底部11aは、標準撮影対象部を構成しており、この部分を撮影すれば、通常、常に同じ画像が得られることになる。
このキャップ状部材11の底部11aには、所定のマークが描かれている。所定のマークとしては、後の処理の基準となるようなマークであればどのようなものでもよく、例えば、ワークWを模したマークであってもよい。また、図4に示されるようなマークに限らず、例えば格子状のマークとしてもよい。また、標準撮影対象部は、汚れの度合いを算出するための画像を取得することを第一の目的としている部分であるため、マークが描かれていないもの、例えば白色等の特定色による一様な表面であってもよい。
また、キャップ状部材11の上面から底部11aまでの距離は、カメラ6の焦点距離の範囲内にしておくことが望ましい。
ここで、キャップ状部材11は、撮影時における、外部照明光などの外部要因による影響を排除するため、底部の周囲を囲む筒状部11bを備えている。この構成により、照明部8から照明光を所定の照明条件で照射してキャップ状部材11の底部11aを撮影したときに、カメラ6のレンズに汚れが付着している場合を除き、常に一定の明るさおよび色の画像を取得することができる。よって、以下に示す、カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出する処理を、より正確に実行することができる。
図4は、カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出する処理を説明するための図である。
まず、カメラ6のレンズに汚れが無い状態で、レンズ異常検出システム1を起動し、ロボット5に固定されているカメラ6のレンズ保持部7を、キャップ状部材11の近くまで誘導する。このように、カメラ6が固定されている可動部としてのロボット5は、標準撮影対象部がカメラ6の撮影範囲に入るように、カメラを動かすことができる。この状態を初期状態とし、初期状態において撮影された標準撮影対象部の画像を、初期画像として保存する。
次に、オペレータによってあらかじめ定められた任意の時間ごとに自動で、もしくはオペレータの手動操作に基づくタイミングで、初期画像の撮影と同様の動作を実行し、標準撮影対象部の画像を再度取得する。そして、この画像を動作後画像として保存する。このように撮影された初期画像と動作後画像を、図4Aに示す。
画像処理装置21は、図4Bに示されるように、初期画像の画素値と、動作後画像の画素値とを、所定の閾値によりそれぞれ二値化し、それぞれ二値化画像を生成する。さらに画像処理装置21は、図4Cに示されるように、初期画像の二値化画像と、動作後画像の二値化画像との差分に基づき、差分画像を生成する。
演算装置22の汚れ度合い算出部41は、画像処理装置21によって生成された差分画像の情報に基づき、レンズの汚れ度合いを算出する。
ここで、カメラ6のレンズに汚れが付着していない場合は、初期化画像の二値化画像と、動作後画像の二値化画像とは同じ画像となるため、両者の差分画像は、その全領域において、値がゼロとなる。一方、カメラ6のレンズに汚れが付着している場合は、汚れが付着している部分について、差分値がゼロとはならない。よって、汚れ度合い算出部41は、この差分値がゼロとならない部分を、撮像画像中の汚れの領域として判定することができる。このような二値化処理により、正確かつ簡便に汚れの領域を判定することができる。
汚れ度合い算出部41は、この汚れと判定された領域の大きさを、撮影画像全体の領域の大きさで割ることにより、汚れ度合いとしての汚れ指数を算出する。この汚れ指数は、0〜1の値をとる指数であり、初期状態においてはゼロとなる。
なお、上述の二値化処理以降の処理は、画像処理装置21で実行しても、演算装置22の汚れ度合い算出部41で実行しても構わない。
なお、汚れの領域を判定する方法は、前述の二値化による方法によらず、例えば、画像の画素値をそのまま用いて差分画像を取得する方法等、各種の方法を採用することも可能である。
また、汚れの領域を判定することなく、レンズの汚れ度合いを算出してもよい。
すなわち、初期画像に基づく情報と、動作後画像に基づく情報との比較に基づき、レンズの汚れ度合いを算出する、各種の方法を採用することが可能である。
例えば、画像の画素値の情報は、汚れの濃淡を示していると考えられる。よって、初期画像の画素値と、動作後画像の画素値とを比較して、汚れの濃淡の変化度合を示す情報を取得し、その情報に基づいて、レンズの汚れ度合いを求めてもよい。
以上で示したように、レンズの汚れ度合いは、標準撮影対象部を撮影した画像に基づいて算出されるため、正確に算出することができる。
また、レンズの汚れ度合いは、標準撮影対象部を所定の照明条件で撮影したときの画像に基づいて算出されるため、より正確に算出することができる。
さらに、所定の対象を撮影する際に、外部要因光による影響を排除する排除手段としての筒状部11bを備えているため、外部要因光の影響を受けることもなく、より正確にレンズの汚れ度合いを算出することができる。
次に、図5〜7のグラフを用いて、汚れ度合い算出部41によって算出された汚れ度合いに基づいて、将来実施されるべき、カメラ6のレンズの清掃タイミング、すなわち予測清掃タイミングを算出する処理について説明する。
図5には、横軸を時刻、縦軸を汚れ指数としたグラフが示されている。
図5の縦軸に示されるように、汚れ指数には、予測レンズの清掃タイミングを算出する上で参照される、許容限界閾値が設定されている。この許容限界閾値は、レンズの極端な汚れにより、カメラ6の出力に基づくロボット5の制御が正常にできなくなると考えられる値、例えば、画像情報に基づくワークWの位置補正処理などが正常にできなくなると考えれる値としてあらかじめ設定されている。
図5は、初期画像以降の画像が1枚の場合において、予測清掃タイミングを算出する方法を示している。
この場合、初期画像の撮影タイミングtと、動作後画像の撮影タイミングtと、動作後画像の汚れ指数に基づき、関数を導出する。そして、この関数に基づき、汚れ指数が許容限界閾値に到達するまでの時間を算出し、この時間と初期画像の撮影タイミングtの時刻とから、許容限界閾値に到達すると予測される時刻を清掃タイミングTとして導出する。この時刻に関する情報が、将来実施されるべき清掃タイミングの情報、すなわち予測清掃タイミングを示す情報である。なお、表示装置23においてオペレータに告知する予測清掃タイミングに関する情報は、時刻自体に限らず、予測清掃タイミングに関する情報であればよい。
ここで、関数を導出する際に、汚れ度合い算出部は、初期画像の汚れ指数をゼロとして算出し、清掃タイミング予測部43に送信している。また、関数としては、少ない演算量で導出できる一次関数を導出している。
このように、レンズの予測清掃タイミングは、初期画像を含む複数の画像の撮影タイミングと、複数の画像の汚れ度合いとに基づいて算出することが可能である。
一般に、記憶容量が不足している場合は、多数の画像を保存しておくことが困難となる。しかしながら、この構成によれば、記憶容量が不足している場合においても、初期画像および現在時刻tの動作後画像のみを用いて、予測清掃タイミングTを算出することができる。
図6は、初期画像以降の画像が複数の場合、すなわち動作後画像が複数ある場合における、予測清掃タイミングTを算出する方法を示す図である。
この場合は、初期画像の撮影タイミングtと、複数の動作後画像の撮影タイミングと、複数の動作後画像の汚れ指数に基づき、関数を導出する。例えば、図6に示されるように、最小二乗法などを用いて関数として近似直線を導出する。これにより、途中の撮影タイミングにおいて汚れ指数に異常値が存在している場合などにおいても、より正確に予測清掃タイミングTを算出することができる。
なお、予測清掃タイミングTを算出する関数は一次関数に限らない。より正確に予測するために、過去の実績データに基づいて、曲線を描く関数を導出してもよい。
また、実際に清掃が必要になったタイミングにおいて撮影された過去の画像の撮影タイミングおよび汚れ度合いの情報と、そこに至るまでの複数の画像の撮影タイミングおよび汚れ度合い情報を多数取得し、この情報を用いて機械学習を行うことにより、予測清掃タイミングTを算出するアルゴリズムを構築してもよい。
このように、レンズの予測清掃タイミングは、複数の画像の撮影タイミングと、複数の画像の汚れ度合いとに基づいて算出することが可能である。
図7は、レンズ異常検出システムをリスタートする場合の処理を示すための図である。
カメラ6のレンズを清掃した場合、レンズ異常検出システム1をリスタートするために、初期状態の時刻をリセットする必要がある。このようなリスタート処理を実行する方法としては、オペレータが、レンズを清掃したタイミングで手動によりリスタート処理を実行する方法が考えられる。また、図7に示されるように、連続する複数の動作後画像の汚れ指数を比較し、汚れ指数が大幅に低下した場合、例えば所定値以上低下した場合に、リスタート処理を自動的に実行する方法を採用することもできる。これにより、自動的にリスタート処理が行われるため、より確実にリスタート処理を行うことができる。
なお、リスタート処理は、汚れ指数が大幅に低下した直後の動作後画像を、初期画像として再設定する処理であってもよい。このリスタート処理は、例えば演算装置22における、リスタート処理実行部44が実行する。
なお、汚れ指数が大幅に低下した場合に、清掃を行ったか否かをオペレータに確認する確認画面を表示する構成を採用してもよい。例えば、汚れ指数が所定値以上低下した場合に、表示装置23に、『レンズの清掃を行った場合、[リスタート]を押してください。レンズ異常検出システムをリスタートします。』と表示する構成を採用してもよい。この構成によっても、より確実にリスタート処理を行うことができる。
以下、図8のフローチャートを用いて、カメラ6のレンズの汚れ度合いに基づき、予測清掃タイミングの告知を行うレンズ異常検出システムの処理について説明する。
ステップS11では、汚れ度合い算出部41が、カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出する。次にステップS12において、汚れ度合い判定部42が、汚れ度合いが所定の閾値を超えているか否かを判定する。この所定の閾値は、図5等で説明した許容限界閾値と同じ値でもよい。
汚れ度合い判定部42は、汚れ度合いが閾値以下の場合(ステップS12 NO)、将来実施されるべき清掃タイミングを算出するために、汚れ度合いに関する情報を清掃タイミング予測部43に送信する。ステップS14において、清掃タイミング予測部43は、将来実施されるべき清掃タイミング、すなわち予測清掃タイミングを算出し、表示装置23は、その内容を告知する。その後、ステップS11に戻る。この処理は、オペレータによってあらかじめ定められた任意の時間ごとに自動で、もしくはオペレータの手動操作に基づくタイミングで繰り返される。
一方、汚れ度合いが所定の閾値を超えている場合(ステップS12 YES)は、ステップS13において、ロボット5等の産業機械の動作を停止させるための停止信号を制御装置30に送信する。なお、このときにアラームを報知してもよい。
このようなレンズ異常検出処理により、オペレータは、将来実施されるべき、カメラ6のレンズの清掃タイミングを把握することができるため、適切なタイミングでメンテナンスを実行することが可能となり、生産ラインの稼働率の低下を防ぐことができる。
なお、本願における汚れには、切削液、水垢、埃、本来カメラのレンズに付着するべきではない、産業機械から噴霧される塗料など、様々なものが含まれる。
なお、汚れの付着を検出する対象は、カメラ6のレンズまたはレンズカバーである。すなわち、カメラ6のレンズ保持部7の先端外表面に、光線を屈折させる機能を有するレンズ自体が露出していれば、汚れの付着を検出する対象はレンズとなるが、レンズの前面にレンズカバー、例えば平板状のカバーガラス等が配置されている場合は、汚れの付着を検出する対象はこのレンズカバーとなる。
なお、本実施形態においては、標準撮影対象部を備えるキャップ状部材11をロボット5の台座10に設けているが、キャップ状部材11を設ける部分は、この部分に限られない。例えば、ワークWの載置台9に、キャップ状部材11を設けてもよい。この場合、汚れ度合いを算出するための撮影動作の際に、ロボット5を動かす量を少なくすることができる。
なお、本実施形態においては、カメラ6がロボット5のハンド付近に固定されているが、カメラ6は、ロボット5の周辺の他の部分に設けられていてもよい。例えば、カメラ6を、ロボット5とは別の可動アームに設けて、この可動アームを動かす構成としてもよい。
また、カメラ6を、ロボット5の台座10やワークWの載置台9などの非可動部に固定的に設けてもよい。この場合は、標準撮影対象部を可動部に固定し、汚れ度合いを算出するための撮影動作の際に、標準撮影対象部が、カメラ6の撮影範囲に入るように移動するように、可動部を動作させる構成としてもよい。
また、カメラ6のレンズ保持部7付近に、カメラ6と一体的に、可動自在な標準撮影対象部を設ける構成を採用してもよい。
また、カメラ6および標準撮影対象部を共に可動部に固定し、両者が動く構成としてもよい。
なお、本実施形態においては、汚れ度合いを算出するために用いる画像として、標準撮影対象部を撮影した画像を用いているが、ワークWを撮影した画像等、その他の画像を用いることも可能である。この場合、汚れ度合いの検出感度は落ちるものの、ロボット5にレンズ異常検出のための余分な動作をさせることなく、汚れ度合いを算出することができる。
本実施形態のレンズ異常検出システムによれば、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態に係るレンズ異常検出システム1は、カメラ6によって取得された画像に基づいて、カメラ6のレンズの汚れ度合いを算出する汚れ度合い算出部41と、このレンズの汚れ度合いに基づき、レンズの将来実施されるべき予測清掃タイミングに関する情報を算出する清掃タイミング予測部43とを有する。
これにより、将来実施されるべき、カメラ6のレンズの清掃タイミングを予測することが可能な、カメラ6のレンズ異常検出システムを提供することができるため、適切なタイミングでメンテナンスを実行することが可能となり、生産ラインの稼働率の低下を防ぐことができる。
(2)本実施形態に係るレンズ異常検出システム1は、汚れ度合い判定部42による判定結果が閾値以下の場合には、レンズの汚れ度合いに基づき、レンズの予測清掃タイミングに関する情報を告知し、判定結果が閾値を超えた場合には、ロボット5等の動作を停止させる停止信号を出力する。
よって、レンズの汚れ度合いによって、より適切な制御を行うことができる。
(3)本実施形態に係るレンズ異常検出システム1は、初期画像に基づく情報と、動作後画像に基づく情報との比較に基づき、レンズの汚れ度合いを算出する。
よって、適切にレンズの汚れ度合いを算出することができる。
(4)本実施形態に係るレンズ異常検出システム1は、初期画像の画素値に基づく二値化画像と、動作後画像の画素値に基づく二値化画像との差分に基づき、画像における汚れの領域を判定し、画像における汚れの領域の大きさに基づき、レンズの汚れ度合いを算出する。
よって、二値化処理を行うことにより、正確かつ簡便に汚れの領域を判定することができる。
(5)本実施形態に係るレンズ異常検出システム1は、レンズの汚れ度合いを算出する際に、カメラ6によって撮影される対象となる標準撮影対象部を更に備え、標準撮影対象部が、カメラ6の撮影範囲に入るように、カメラ6および/または標準撮影対象部が固定されている可動部が動作可能である。
よって、標準撮影対象部を用いることにより、より正確に汚れ度合いを算出することができる。
(6)本実施形態に係るレンズ異常検出システム1は、レンズの予測清掃タイミングが、複数の画像の撮影タイミングと、複数の画像の汚れ度合いとに基づいて導出された関数と、レンズの汚れ度合いの許容限界閾値とに基づいて算出される。
よって、正確に予測清掃タイミングを算出することができる。
(7)本実施形態に係るレンズ異常検出システム1は、第2動作後画像におけるレンズの第2の汚れ度合いが、第1の動作後画像におけるレンズの第1の汚れ度合いに対して所定値以上低下した場合に、リスタート処理を実行する。
よって、自動的にリスタート処理が行われるため、確実にリスタート処理を行うことができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係るレンズ異常検出システムについて、図9〜10を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、また詳細な説明を省略する。
図9は、本実施形態における演算装置22の機能モジュールの構成を示す機能ブロック図である。
本実施形態における演算装置22は、図2に示される機能モジュールに加えて、使用可能領域特定部45を備えている。
第1実施形態においては、カメラ6のレンズの汚れ指数が所定の閾値を超えている場合は、ステップS13において、ロボット5等の動作を停止している。しかしながら、汚れ指数が所定の閾値以上と判定された場合であっても、撮影位置をずらすことにより、カメラ6の出力に基づくロボット5等の加工動作を継続できる場合がある。
図10Aは、標準撮影対象部のマークを撮影したときの画像である。画像には、所定の閾値を超える汚れが付着している。
本実施形態においては、情報処理装置20の演算装置22における使用可能領域特定部45は、図10Bに示されるような、カメラ6により撮影された画像中における、レンズの汚れが軽微である使用可能領域を特定する。
そして、カメラ6のレンズの汚れ指数が所定の閾値を超えている場合であっても、前述の使用可能領域があらかじめ定められた所定の大きさ以上である場合には、ロボット5等の動作を継続させる処理を行う。
なお、加工動作を継続している間は、レンズの汚れが軽微である使用可能領域を用いて、カメラ6の出力に基づくロボット5等の動作を制御する。
なお、カメラ6が、撮影位置を変化させるための手段としての可動部、例えばカメラを保持する図示しない可動アームや、撮影方向を変化させる図示しない機構等を備えている場合は、前述の使用可能領域が所定の大きさ以上である場合において、撮影対象としてのワークWまたは標準撮影対象部のマークが使用可能領域内に入るように、カメラ6による撮影位置を変化させるように可動部を動作させる制御を行ってもよい。この撮影位置を変更する制御は、使用可能領域の大きさが許容値を下回るまで繰り返される。
そして、使用可能領域があらかじめ定められた所定の大きさより小さくなった場合には、ロボット5等の動作を停止させるための処理を行う。
このように、本実施形態の情報処理装置20は、ロボット5等の動作の制御およびカメラ6による撮影の制御を行うための情報を出力する情報出力部としての機能を有し、使用可能領域が所定の大きさ以上である場合に、ロボット5の動作を継続させるための情報を出力し、使用可能領域が所定の大きさよりも小さい場合に、ロボット5の動作を停止させるための情報を出力する。
このような構成により、さらに生産ラインの稼働率を向上させることができる。
なお、レンズの汚れが軽微である使用可能領域であるか否かの判定は、前述の二値化による方法によらず、例えば、画像の画素値をそのまま用いて差分画像を取得する方法等、各種の方法を採用することができる。
本実施形態に係るレンズ異常検出システムによれば、上記(1)〜(7)に加えて以下の効果を奏する。
(8)本実施形態においては、レンズの汚れが軽微である使用可能領域が所定の大きさ以上である場合に、前記産業機械の動作を継続させる。
よって、さらに生産ラインの稼働率を向上させることができる。
(9)本実施形態においては、レンズの汚れが軽微である使用可能領域が所定の大きさ以上である場合に、撮影対象物の少なくとも一部が使用可能領域内において撮影されるように、カメラ6の撮影位置を変化させるように可動部を動作させる。
よって、さらに生産ラインの稼働率を向上させることができる。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係るレンズ異常検出システムについて、図11〜12を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、また詳細な説明を省略する。
図11Aは、本実施形態におけるカメラ6と標準撮影対象部を備えるレンズキャップ12を示す概略図である。
本実施形態においては、標準撮影対象部が、レンズキャップ12の内面側の底部に設けられている。
この構成の場合、レンズキャップ12をカメラ6のレンズ保持部7に対して手動で被せるのみにより、汚れ度合いを算出するための画像を取得することができる。よって、このときにカメラ6を移動させる必要がない。
なお、レンズキャップ12の内面側の底部は、図11Bに示されるように、グリッド状のマークを設けてもよい。図12は、このようなマークを備えるレンズキャップ12を装着して撮影したときに得られる画像である。
このグリッド状のマークにより、レンズに汚れが付着した場合に、ワークW等の対象物の少なくとも一部が使用可能領域内に入るように、カメラ6による撮影位置を変更する制御を行う場合などにおいて、マークを基準として処理した情報に基づき、適切に撮影位置の変更制御を行うことなどが可能となる。またマークは、カメラ6のピント調整時の基準にもなる。
本実施形態に係るレンズ異常検出システムによれば、上記(1)〜(9)に加えて以下の効果を奏する。
(10)本実施形態においては、標準撮影対象部は、カメラ6のレンズをカバーするレンズキャップ12である。
よって、レンズキャップ12をカメラ6に対して手動で被せることにより、汚れ度合いを算出するための画像を簡単に取得することができる。また、このときにカメラ6を移動させる必要がない。
<第4実施形態>
次に、第4実施形態に係るレンズ異常検出システムについて、図13を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、また詳細な説明を省略する。
図13は、本実施形態における制御装置30とカメラ6を示す図である。
本実施形態においては、ロボット制御装置31とカメラ制御装置32とが分離されている。そしてカメラ制御装置には、複数のカメラ6a〜6dが接続されている。
この構成により、情報処理装置20の演算装置22における汚れ度合い判定部42により、複数のカメラ6a〜6dのうち、いずれかひとつのカメラ、例えば第1のカメラ6aのレンズの汚れ度合いが所定の閾値を超えたと判定された場合には、他のカメラ6b〜6dの中に、レンズの汚れ度合いが所定の閾値以下であるカメラが存在するかを判定する。そして、他のカメラの中に、レンズの汚れ度合いが所定の閾値以下であるカメラが存在する場合、第1のカメラ6aに代えて、レンズの汚れ度合いが所定の閾値以下である他のカメラのうち、ひとつのカメラを選択して撮影を継続する。このとき、レンズの汚れ度合いが所定の閾値以下であるカメラが複数存在する場合は、汚れ度合いが最も小さいカメラを優先的に選択して使用してもよい。
このように、本実施形態の汚れ度合い判定部42を備える情報処理装置20は、ロボット5等の動作の制御およびカメラ6による撮影の制御を行うための情報を出力する情報出力部としての機能を有し、レンズの汚れ度合いが所定の閾値を超えたカメラを検出した場合には、当該カメラに代えて、レンズの汚れ度合いが所定の閾値以下である他のカメラを用いてワークWの撮影を継続させて、ロボット5等の動作を継続させるための情報を、制御装置30に出力する。
なお、複数のカメラは、その全てをロボット5に設置してもよいし、ロボット5およびロボット5以外の部分に設置してもよい。またロボット5とは別の図示しない可動部に取り付けて、複数のロボットと、複数のカメラ6a〜6dとを、状況に応じて適宜組み合わせて用いる構成としてもよい。
なお、この構成によれば、レンズの汚れがひどくなったときに限らず、いずれかのカメラが故障した場合において、他のカメラを使用するように制御することで、稼働率を向上させることも可能である。
このような構成により、さらに、生産ラインの稼働率を向上させることができる。
本実施形態に係るレンズ異常検出システムによれば、上記(1)〜(10)に加えて以下の効果を奏する。
(11)本実施形態においては、複数のカメラ6a〜6dのレンズの汚れ度合いをそれぞれ算出し、レンズの汚れ度合いが所定の閾値を超えたカメラを検出した場合には、当該カメラに代えて、レンズの汚れ度合いが所定の閾値以下である他のカメラを用いて撮影を継続させて、ロボット5等の動作を継続させる。
よって、さらに生産ラインの稼働率を向上させることができる。
なお、各実施形態においては、汚れの付着を検出する対象をレンズとして説明してきたが、レンズの前面にレンズカバーが配置されている場合は、汚れの付着を検出する対象はレンズカバーとなる。すなわち、本発明の異常検知システムは、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システムとして構成することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲で変形、改良などを行っても、本発明の範囲に含まれる。
1…レンズ異常検出システム
5…ロボット(産業機械)
6…カメラ(視覚センサ)
8…照明部
10…台座
11…キャップ状部材
12…レンズキャップ
20…情報処理装置
21…画像処理装置
22…演算装置
23…表示装置
30…制御装置
31…ロボット制御装置
32…カメラ制御装置
41…汚れ度合い算出部
42…汚れ度合い判定部
43…清掃タイミング予測部
44…リスタート処理実行部
45…使用可能領域特定部

Claims (12)

  1. 産業機械またはその周辺領域に設置され、複数の画像データを取得する視覚センサを備える、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システムであって、
    前記視覚センサによって撮影された前記画像データに基づいて、前記視覚センサのレンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する算出部と、
    前記算出部によって計測された前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いに基づき、前記レンズまたはレンズカバーの将来実施されるべき予測清掃タイミングに関する情報を算出する予測部と、を有する視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  2. 前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値以下であるか否かを判定する判定部と、
    前記予測清掃タイミングに関する情報を告知する告知部と、
    前記産業機械の動作を停止させるための停止信号を出力する停止信号出力部と、を更に備え、
    前記判定部による判定結果が前記閾値以下の場合には、前記告知部は、前記予測清掃タイミングに関する情報を告知し、
    前記判定部による判定結果が前記閾値を超えた場合には、前記停止信号出力部は、前記停止信号を出力する、請求項1に記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  3. 前記算出部は、初期画像に基づく情報と、動作後画像に基づく情報との比較に基づき、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する、請求項1または2に記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  4. 前記算出部は、初期画像の画素値に基づく二値化画像と、動作後画像の画素値に基づく二値化画像との差分に基づき、画像における汚れの領域を判定し、前記画像における汚れの領域の大きさに基づき、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する、請求項3に記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  5. 前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する際に、前記視覚センサによって撮影される対象となる標準撮影対象部を更に備え、
    前記視覚センサおよび/または前記標準撮影対象部は、可動部に固定されており、前記可動部は、前記標準撮影対象部が、前記視覚センサの撮影範囲に入るように動作可能である、請求項1から4のいずれかに記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  6. 前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する際に、前記視覚センサによって撮影される対象となる標準撮影対象部を更に備え、
    前記標準撮影対象部は、前記視覚センサの前記レンズまたはレンズカバーを覆うレンズキャップである、請求項1から4のいずれかに記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  7. 前記予測清掃タイミングは、前記複数の画像の撮影タイミングおよび前記複数の画像の汚れ度合いに基づいて導出された関数と、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いの許容限界閾値とに基づいて算出される、請求項1から6のいずれかに記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  8. 第1動作後画像における前記レンズまたはレンズカバーの第1の汚れ度合いと、前記第1動作後画像の後のタイミングに撮影された第2動作後画像における前記レンズまたはレンズカバーの第2の汚れ度合いとを比較し、この比較結果に基づき、異常検出システムのリスタート処理を実行するリスタート処理実行部を更に備え、
    前記リスタート処理実行部は、前記第2の汚れ度合いが、前記第1の汚れ度合いに対して所定値以上低下した場合に、前記リスタート処理を実行する、請求項1から7のいずれかに記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  9. 前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値を超えたか否かを判定する判定部と、
    前記視覚センサにより撮影された画像中における、前記レンズまたはレンズカバーの汚れが軽微である使用可能領域を特定する使用可能領域特定部と、
    前記産業機械の動作の制御を行うための情報を出力する情報出力部と、を更に備え、
    前記判定部による判定結果が前記閾値を超えた場合に、前記使用可能領域特定部は、前記使用可能領域を特定し、
    前記使用可能領域特定部により特定された使用可能領域が所定の大きさ以上である場合に、前記情報出力部は、前記産業機械の動作を継続させるための情報を出力し、前記使用可能領域が前記所定の大きさよりも小さい場合に、前記情報出力部は、前記産業機械の動作を停止させるための情報を出力する、請求項1に記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  10. 前記視覚センサは、撮影位置を変化させるための可動部を備えており、
    前記使用可能領域が所定の大きさ以上である場合に、撮影対象物の少なくとも一部が前記使用可能領域内において撮影されるように、前記視覚センサの撮影位置を変化させるように前記可動部を動作させる、請求項9に記載のレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  11. 前記産業機械および前記視覚センサの動作の制御を行うための情報を出力する情報出力部を更に備え、
    前記視覚センサは、複数設けられており、
    前記算出部は、複数の前記視覚センサの前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いをそれぞれ算出し、
    前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値を超えた視覚センサを検出した場合には、前記情報出力部は、当該視覚センサに代えて、前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いが所定の閾値以下である他の視覚センサを用いて撮影を継続させて、前記産業機械の動作を継続させるための情報を出力する、請求項1に記載の視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システム。
  12. 産業機械またはその周辺領域に設置され、複数の画像データを取得する視覚センサを備える、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出システムにおける情報処理装置を構成するコンピュータに、
    前記視覚センサによって撮影された前記画像データに基づいて、前記視覚センサのレンズまたはレンズカバーの汚れ度合いを算出する算出機能と、
    前記算出機能によって計測された前記レンズまたはレンズカバーの汚れ度合いに基づき、前記レンズまたはレンズカバーの将来実施されるべき予測清掃タイミングに関する情報を算出する予測機能と、を実現させるための、視覚センサのレンズまたはレンズカバーの異常検出用プログラム。
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